研究冷却规律实验的新方法

通常将对流分为自然对流和强迫对流．在自然对流时，发热体周围流体介质的流动，主要是因为在各处温度不同情况下密度不同而引起的；在强迫对流时，热体周围介质主要凭借外加气泵成风扇的作用来维持流动．在稳态时，热体因对流而散失的热量可由下式来表示其中散热率兰表示热体在单位时间内所散失的热量，人为周围流体的温度，在空气中就是室温．E是与热体的表面积、表面状态、周围空气的状态和性质等有关的系数．m值在自然对流时为m=5／4=1.25．本文介绍一种新的实验方法，在稳态时，通过直接测量散热率，来确定m值和E值．下图为实验装置图…     

大功率速调管收集极高效强迫风冷散热系统的设计

为解决大功率小型化速调管收集极在强迫风冷条件下的高效散热问题,以某大功率速调管为研究对象,介绍了一种大功率高效风冷收集极系统的设计方法。利用ANSYS有限元软件对收集极的强迫风冷散热特性进行模拟计算,分析比较了非均匀热流密度加载方式下不同散热翼片结构对风冷收集极的风阻和最高温度的影响,确定了散热翼片的尺寸和数量。为进一步提高风冷收集极系统的对流换热效果,对收集极入风口的结构进行改进,收集极内表面最高温度降低了22 ℃。采用风冷收集极风阻的计算模型对风阻进行验证,仿真结果与理论值相差2.2%。最后对采用该风冷收集极系统的大功率速调管进行测试,实验测试的最高温度与仿真结果相差1.8%,验证了该风冷收集极系统设计的合理性和有效性。     

大功率发动机控制器壳体温度场仿真分析

摘要：大功率元件过热是控制器ECU失效的重要原因，本文分析了在自然对流散热情况下，元器件布置位置对控制器温度场的影响。对ECU壳体进行数值建模，并运用ANSYS Icepak软件对控制器密封外壳温度场进行了仿真模拟计算。其结果表明：（1）元器件集中放置将会导致密封外壳整体温度较高，且不利于散热，这会使ECU在工作过程中因温度过高而损坏元器件；（2）将功率元器件分散放置靠近外壳的部位，温度场分布均匀，且高温范围小，散热效果较好。通过分析主要功率元器件放置位置对控制器ECU温度场的影响，为PCB板优化布置提供了设计依据，同时也会提高ECU的可靠性、增加ECU的使用寿命。     

空间行波管收集极的热特性分析

 利用有限元方法对一Ku波段空间行波管收集极的热特性进行了模拟计算,得到了收集极的温度分布图。分析比较了接触热阻和热辐射对热特性的影响,结果表明接触热阻明显地阻碍了热量的散失,使收集极整体温度有一定上升,而热辐射在使收集极各部分温度降低的同时,使温度分布更均匀。运用间接法进行了热-应力耦合分析,得到了收集极的位移场分布等值线图,进而确定该收集极采用的结构在热形变方面满足散热要求;并对在轴向加矩形翅片和在径向加圆形翅片两种散热方案进行了分析,得到了各自的优缺点,为散热方案的选择提供了依据,从而可以更好地提高散热效率。     

有机电致发光器件的封装热特性研究

有机电致发光器件的稳定性与其封装结构密切相关,封装技术的优劣直接影响有机电致发光二极管器件的寿命.本文采用热阻抗模型对三种常用有机电致发光二极管器件封装结构进行热阻抗分析,并利用ANSYS有限元分析软件的热分析模块对热特性进行研究,得出各种器件封装结构的温度场分布,根据温度场分布比较得出各种封装结构散热性能的差异.分析得出,传统后盖式封装结构与混合封装结构散热效果相差不大,Barix封装结构具有最好的散热性能.模拟仿真结果显示,当玻璃厚度从0.5 mm增加至0.9 mm时,传统封装结构的发光层温度升高了0.124℃,Barix封装结构的发光层温度升高了0.262℃,表明玻璃层厚度的增减对有机电致发光二极管器件的散热影响较小.改变器件表面空气流动速度,使对流系数从25W/(m²·K)变为85W/(m²·K)时,传统封装结构有机电致发光二极管发光层的温度由42.911℃递减到26.85℃,可见增大表面空气流动速度对降低有机电致发光二极管有源层的温度作用显著.     

强流电子束引出窗风冷数值模拟

 研究了1.2 MW大功率电子加速器引出窗钛膜受力状况,确定其工作温度必须控制在150 ℃以内。此温度下,热传导和热辐射的散热作用可以忽略,强迫风冷是唯一的散热途径。用流体模拟计算软件分析了钛膜冷却效果与出口风速和距离之间的关系,分析回流区的存在及其影响,并对引出窗结构做了初步优化。模拟了附加隔离窗形成的封闭空间对引出窗风冷的影响,模拟结果为：提出的非均布扫描方式可以将引出窗输出能力提升76%。     

百瓦级半导体激光器模块的风冷散热系统分析

对百瓦级半导体激光器风冷散热系统进行分析,利用ANSYS 有限元分析软件对高功率半导体激光模块器件的温度场分布进行了模拟和优化设计。为百瓦级大功率半导体激光模块风冷系统工艺方案的选择提供了依据,并据此进行了实验验证。     

离子风强化平板对流传热的数值模拟

本文应用多物理场耦合计算软件COMSOL对离子风作用下强化平板对流换热的过程进行了数值模拟.研究了空气在高压电场下的对流换热现象,得到线-板电极模型相应的流场和温度场分布,并与文献中的实验结果进行了对比,验证了多物理场耦合数值方法的准确性。通过研究不同电压下传统风扇风冷、离子风和离子风与风扇共同作用下的对流换热系数变化规律,发现空气放电强化传热较传统方式有明显优势。还研究了不同极板距与板长比和不同板长情况下对流换热系数的变化规律.     

动磁式作动器电-磁-热-流耦合数值模拟

以二自由度动磁式作动器为研究对象,提出基于Maxwell与Icepak的电磁场、温度场、流体场耦合传递方法。将电磁场中的涡流损耗和铜耗映射到温度场,采用强制液冷对作动器进行散热设计,并与自然冷却的温升进行对比。分析冷却液流速对散热的影响规律,利用管内强制对流Dittus-Boelter关联式与数值模拟结果进行对比验证。结果表明,20℃环境下,自然对流散热和液冷强制对流散热的作动器的最高温度分别为137℃和22℃,液冷散热的温升仅为自然对流散热的20%,液冷散热热平衡时间缩短40%;对作动器温升实现有效抑制;冷却液最佳流速选择在1.6 m/s～1.8 m/s,在此范围内达到温升饱和区;冷却液在雷诺数5 000～11 000的湍流状态下,数值模拟结果与Dittus-Boelter关联式偏差控制在5%—10%,验证了数值模拟结果的正确性。     

切向气流对激光加热材料的影响

 在重复频率YAG激光加载下，研究了30CrMnSiA钢片分别处于空气自然对流和切向强迫气流环境中不同的温度响应。实验用红外热像仪对靶前表面的温度进行了实时诊断，结果表明，在激光作用下，靶材的温升与靶前表面的对流换热状况有较大的关系，当靶面存在马赫数为0.1左右的切向气流时，材料的温升曲线明显低于靶处于空气自然对流环境下的温升曲线，气流与靶面的对流换热使得材料的激光加工所需能量或功率增加。这与应用热边界层换热动力学理论得到的结论一致。     

微方肋冷却系统的换热特性

采用去离子水为冷却介质,对自行设计的不同结构微方肋散热器内的换热特性进行实验研究,结果表明:在进口温度为20 ℃、进口流量为57.225 L/h、底面平均温度为73.4 ℃时,散热器散热量可达2.83106 W/cm2,可以满足当前高热流密度散热需求;当散热面温度一定时,散热量随着散热器进口流量的增加而增加,但增速随散热器底面温度的增加变缓;努谢尔特数随雷诺数的增加而成幂次方增加,常规针肋结构和微针肋结构换热关系式不满足微方肋散热器特性。为了更好地表达微方肋散热器内的换热特性,拟合了微方肋散热器内对流换热关系式。     

极端高温环境下空气源热泵冷热水机组制冷实验研究

针对现有空气源热泵冷热水机组高温环境运行效果差、效率低、排气温度过高导致停机等问题,设计一套基于准双级压缩循环理论,以R410A为制冷剂的中压补气型空气源热泵冷热水机组。在50℃极端环境温度下,采用中压补气技术,对系统的制冷性能进行实验研究。结果表明:(1)系统出水温度由10℃增至15℃时,制冷量增加77.28%,EER提高59.02%,系统的制冷量、功率和EER均随出水温度的升高而增加;(2)相较不补气模式,系统排气温度由111.9℃降至106.23℃,制冷量由14.14 kW增至16.05 kW,可有效降低排气温度,提升制冷量,能更好提高系统超高温制冷时的稳定性。     

供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响

为探究热泵供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响,保持室外环境温度15.5℃不变,调节热泵供水温度,测试冷却水流量、气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力、压缩机耗功量、系统制热量、气冷器热交换完善度、系统COP的变化情况。结果表明:供水温度由45℃升至85℃,气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力随之增加,冷却水流量随之减小。系统制热量增加了7.3%、气冷器热交换完善度下降了20.0%、系统COP下降了35%、压缩机功耗增加了65.1%。     

新型沟槽道微热管散热性能实验研究

微热管以其效率高、响应快且无能耗,在高功率集成微电子散热方面应用广泛。针对电子器件的小型化、高能耗发展趋势,本文提出一种新型沟槽道微热管结构,对该沟槽道微热管进行稳态和瞬态热性能实验研究,研究了风速、角度、加热功率等因素对该新型热管的热性能影响规律。结果表明,该微热管在整个散热器传热上起主导作用,性能比达到0.88,冷凝端温差为0.8℃,具有良好的均温性,该微热管加热功率为140 W,空气流速1.5 m/s时,换热系数可达2 359 W/(m^2·℃),热阻为0.27℃/W;高功率状态下可保持良好的热扩散性能,有效避免微热管的热应力集中,有望高效解决集成电子器件的散热问题。     

热电制冷LED自然对流散热的设计与优化

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能,以一款基于热电制冷（TEC）的单颗LED小型灯具模组为研究对象,在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上,建立了有无TEC参与散热的等效热路模型,并选择合理的数学公式对其进行性能描述,进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下,施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能;LED热功率越低,安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大,能满足LED更高功率的散热需求;当LED为0.493 W时,优化后结构的最佳结温仅为15.66℃,远低于30℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型,能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。     

Model based analysis of piezoelectric transformers

Piezoelectric transformers are increasingly getting popular in the electrical devices owing to several advantages such as small size, high efficiency, no electromagnetic noise and non-flammable. In addition to the conventional applications such as ballast for back light inverter in notebook computers, camera flash, and fuel ignition several new applications have emerged such as AC/DC converter, battery charger and automobile lighting. These new applications demand high power density and wide range of voltage gain. Currently, the transformer power density is limited to 40 W/cm(3) obtained at low voltage gain. The purpose of this study was to investigate a transformer design that has the potential of providing higher power density and wider range of voltage gain. The new transformer design utilizes radial mode both at the input and output port and has the unidirectional polarization in the ceramics. This design was found to provide 30 W power with an efficiency of 98% and 30 degrees C temperature rise from the room temperature. An electro-mechanical equivalent circuit model was developed to describe the characteristics of the piezoelectric transformer. The model was found to successfully predict the characteristics of the transformer. Excellent matching was found between the computed and experimental results. The results of this study will allow to deterministically design unipoled piezoelectric transformers with specified performance. It is expected that in near future the unipoled transformer will gain significant importance in various electrical components.     

内嵌微流道低温共烧陶瓷基板传热性能（英）

随着系统级封装（SIP）所容纳的电子元器件和集成密度迅速增加,传统的散热方法（热通孔、风冷散热等）越来越难以满足系统级封装的热管理需求。低温共烧陶瓷（LTCC）作为常见的封装基板材料之一,设计并研制了三种内嵌于LTCC基板的微流道,其中包括直排型、蛇型和螺旋型微流道（高度为0.3 mm,宽度分别为0.4, 0.5和0.8 mm）。通过数值仿真和红外热像仪测试相结合的方式分析了微流道网络结构、流体质量流量、雷诺数、材料热导率对内嵌微流道LTCC基板换热性能的影响,实验结果表明:当去离子水的流量为10 mL/min,热源等效功率为2 W/cm2时,直排型微流道的LTCC基板最高温度在3.1 kPa输入泵压差下能降低75.4 ℃,蛇型微流道的LTCC基板最高温度在85.8 kPa输入泵压差下能降低80.2 ℃,螺旋型微流道的LTCC基板最高温度在103.1 kPa输入泵压差下能降低86.7 ℃。在三种微流道中,直排型微流道具有最小的雷诺数,在相同的输入泵压差下有最好的散热性能。窄的直排型微流道（0.4 mm）在相同的流道排布密度和流体流量时比宽的微流道（0.8 mm）能多降低基板温度10 ℃。此外,提高封装材料的热导率有助于提高微流道的换热性能。     

导流散热型LED灯的热分析与试验研究

对某LED灯开展了空气导流技术的散热设计,进行了有、无空气导流散热条件下的仿真分析,针对热分析模型进行反复修正迭代,得到了准确的仿真结果。仿真分析与试验结果表明,在有空气导流散热的情况下,LED灯的结温较无空气导流散热时降低约8℃,LED灯的使用寿命可延长2 000 h。进一步研究发现,基板下表面的发射率、接触热阻以及LED与对流孔之间的距离等因素对LED灯的散热均有影响,最终对各个影响因素进行灵敏度分析,给出了降低结温的几点建议。