大功率LED灯珠与散热器直焊结构散热效果分析

散热是制约大功率LED发展的瓶颈,为了更好地解决散热问题,采用新型冷喷涂技术,在铝合金散热器表面喷涂铜层,实现了LED灯珠与散热器的直焊,取代了目前使用导热硅胶等热界面材料压接的方式,有效地消除了压接产生的接触热阻,显著改善了散热效果。通过建立LED灯具的三维模型,采用CAE软件模拟和实验两种方法验证了LED灯具直焊结构的散热效果明显优于压接结构,并且随着LED输入功率的增大,直焊结构的散热优势更加显著。     

回流式水冷超薄多层镜的研究

从理论和实验上讨论了水冷铜镜变形的规律, 从而设计出多种多层镜, 其中回流式多层镜在0.13MPa通水压力下净吸收86.9W激光功率时, 总变形仅 0.10μm,约为同等条件下普通水冷铜镜变形量的1/40。     

回流式水冷超薄多层镜的研究

 从理论和实验上讨论了水冷铜镜变形的规律, 从而设计出多种多层镜, 其中回流式多层镜在0.13MPa通水压力下净吸收86.9W激光功率时, 总变形仅 0.10μm,约为同等条件下普通水冷铜镜变形量的1/40。     

带FCI液态包层的MHD效应及热变形模拟

本文结合CFD与FEM方法,对国际热核聚变实验堆(ITER)的双冷锂铅(DCLL)包层进行了"磁-热-流-固"多物理耦合场的三维数值模拟.基于电势方法,采用PISO算法和相容守恒格式求解了包含Lorentz力的不可压Navier-Stokes方程。应用有限元方法分析了DCLL包层关键部件流道插件(FCI)在热场和磁场耦合作用下的热应力.利用多物理场的顺序耦合算法获得了在强磁场作用下,包层内金属流体的压力、速度和温度分布,研究了各种厚度和导电率的FCI对于包层内MHD效应和传热性能的影响。     

基于遗传算法的光伏–热电耦合系统多目标优化研究

多因素共同作用下的系统优化设计是光伏–热电耦合系统研究的难点之一。本文建立了光伏–热电耦合系统与单一光伏系统的理论模型,以最高耦合效率与相对于单一光伏系统的最大效率差值为优化目标,采用多目标遗传算法,开展了耦合系统优化设计研究。结果表明,最高耦合效率与最大效率差值两个优化目标是负相关的,且其负相关性是由光伏参考效率所导致,需综合考虑系统经济性,确定最高耦合效率和最大效率差值的折中方案,从而获得耦合系统最佳设计。     

等离子弧焊接多物理场耦合输运模型

本文基于电场、磁场、温度场和流场的多物理场耦合,建立了简单实用的电弧与工件一体化模型,既准确表征等离子弧焊接过程中的多物理场输运作用,又无需使用流体体积函数(VOF)计算气液两相界面,大大减少计算时间和成本。模型计算出电弧压力分布,将其简化为压力源项作用于工件表面,同时该界面上电弧与工件耦合传热,实现了电弧与工件的热-力传递。获得了焊接过程电弧和工件的温度、速度、电流密度和电磁力的分布规律,揭示了焊接熔池的形成和演变机制,并开展实验验证了模型的准确性。最后分析了不同工艺参数对电弧热流密度和压力的影响规律,为焊接质量优化提供理论指导。     

数据中心服务器U型流道水冷散热器的性能研究

如何使散热器在保持较低流阻的基础上强化其散热性能,成为数据中心服务器冷却问题研究的焦点。通过对不同宽度比U型流道散热器的性能分析,发现宽度比为0.6、0.7或0.8的散热器,同时具有较佳的流动性能和散热性能。设计并制作了β为0.6的U型流道散热器,通过实验分析不同冷却水流量下散热器的芯片温度、热阻以及摩擦因子f,得出散热器最佳的冷却水流量为15 mL/s,以最小的流动损失获取更佳的散热效果。     

高斯表面的多尺度方法模拟接触热阻

通过结合微观的格子Boltzmann方法和宏观的有限差分法,建立了一种计算两个固体表面间接触热阻的多尺度分析方法。计算分析了表面粗糙度、压力、材料硬度、导热系数等对接触热阻的影响,结果表明拥有相同粗糙度的表面,在低压条件下,导热系数是主要影响因素,而在高压情况下,压力是主导影响因素。计算结果与实验数据的对比分析显示,该多尺度模型与实验数据有较好的一致性。     

高温超导储能磁体多物理场解耦设计

针对在高温超导储能磁体设计中多物理场耦合分析问题,本文提出了一种面向有限元分析的解耦优化设计方法,并以一台150kJ/100kW高温超导磁储能磁体为例进行了有限元仿真验证。本文首先梳理了高温超导储能磁体的多场耦合关系,提出在材料物性关系和多场耦合关系中分别以温度和电磁场为主导因素;进而归纳得出,磁体易失超危险区分布及解耦分析中多物理场数据流向设计,是设计过程中的关键问题,并给出了分析策略;最后按照逻辑合理、工作量最省的原则提出了解耦综合优化主流程,及针对易失超危险区的优化建议。     

半开式向心涡轮多物理场耦合优化设计

本文引入叶片几何参数化模型、单向流固耦合算法和均匀试验设计法建立了向心涡轮叶片优化平台。通过对某向心涡轮内三维转捩流场、温度场和叶片固体域的求解,完成了该涡轮的流-热-固多物理场耦合优化设计,获得了最优子午面型线、叶片安装角分布和厚度分布,使其效率有所提高.结果表明:向心涡轮的等熵效率由89.2%提高到89.9%,叶片尾缘泄漏流损失明显降低,最大等效应力和最大径向变形量满足材料拉伸屈服强度和叶顶间隙尺寸要求。     

叶轮机械叶栅多目标多学科设计优化算法

提出了基于多目标寻优的叶轮机械叶栅多学科设计优化算法,方法包括:采用并行多目标差分进化算法作为优化求解器来搜寻叶栅多学科设计优化问题的Paxeto解集,采用非均匀B样条方法对叶片型面进行参数化处理,通过求解Reynolds-Avergaed Navier-Stokes方程评估叶片的气动性能,耦合气动计算得到的叶片表面压力,应用有限元分析方法预测叶片的强度性能.为证明本文方法的实用性,选择叶片的等熵效率和叶片应力为目标函数,完成了NASA Rotor 37转子叶栅的多学科设计优化,结果表明本文提出的多学科设计优化算法具有良好的优化性能.     

多股流换热器优化运行和控制研究

本文针对板翅式平行流多股流换热器,从最小能耗运行方面进行了优化研究,获得了在不同目标函数下的最优运行工况。并且,结合对流换热场协同理论,提出了多股流换热器运行和控制优化方法:当被控制的目标流体入口发生工况变动后,为了保证其出口工艺条件,调节不同的辅助流体所需的能量投入是不同的,其中有一种最佳的调节组合可以实现能量投入量最小。     

球形发射换能器多目标优化设计

为了解决球形发射换能器多约束条件下的离散/连续变量混合型非线性多目标优化问题,基于等效电路理论,建立了球形换能器的电学-力学-声学耦合模型,以辐射声源级、输入电功率和质量为优化目标函数,材料属性参数、结构尺寸参数、工作频率范围和输入电压为设计变量,压电陶瓷电退极化极限、结构强度极限、功率容量等物理特性以及设计变量取值等为约束条件,构建了球形换能器多目标优化数学模型;利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了球形换能器多目标优化设计,获得Pareto前沿解集;并通过实验验证了优化结果的有效性。结果表明,采用多目标优化方法设计和制作的球形发射换能器样机,在满足辐射声源级要求的前提下,工作频率范围内输入功率降低了32.8%,质量减轻了27.4%。研究结果可为严苛条件限制下的发射换能器优化设计提供参考。     

CFETR氦冷固态增殖包层多物理场氚输运分析

针对中国聚变工程实验堆(CFETR)外中平面氦冷固态增殖包层模块,开展了包层热、流、氚的多物理场耦合模拟分析,获得包层模块的氚分布、氚滞留量及氚渗透量。分析结果显示,在包层球床区无因吹洗气体流动滞缓而造成的氚滞留现象,其吹洗气体流道设计合理。同时,开展了入口吹洗气体掺氢量的参数敏感性分析。分析显示吹洗气体掺氢可以降低材料表面氚浓度,从而降低结构材料中的氚浓度梯度,抑制氚渗透;入口氢气浓度从 1ppm 增加到 1000ppm 时,氚渗透量降低为 1/20。     

Fe/Cr磁性多层膜的制备及其磁电阻测定

利用磁控溅射制备了不同非磁性层厚度的Fe/Cr多层磁性薄膜系统,利用四探针法测定了该多层膜系统在不同磁场下磁电阻效应,用饱和场法给予佐证,溅射制备的多层膜系统饱和场明显地随Cr层厚度增加而衰减振荡,得出了Fe/Cr多层膜的铁磁反铁磁耦合的交换耦合强度随非磁性层厚度变化的物理规律.     

多股流换热器的(火积)耗散热阻分析

在分析多股流换热器特点的基础上,考虑流体在通道出口非等温混合产生的(米积)耗散,将板翅式多股流换热器的(火积)耗散分为通道换热(火积)耗散和混合(米积)耗散两部分,定义了多股流换热器的(米积)耗散热阻。通过对不同通道排列下的多股流板翅式换热器的计算,发现多股流换热器换热量与其(米积)耗散热阻一一对应,(米积)耗散热阻越小,换热量越大。在对多股流板翅式换热器的通道进行排列时,应采用冷热通道间隔布置的形式,并使冷热通道的换热负荷相近。     

基于多基板拼接的空间深低温超长冷平台热特性研究

为了解决空间红外相机的高分辨率、高成品率及可维修性等问题,提出了先将6个线列探测器子模块拼接在一个"Z"字型的子基板上,再将多个(N≥5)这样的"Z"字型子基板通过精密拼接的方法以形成空间超长线列红外焦平面探测器。基于由多个子基板拼接形成的超长冷平台与单点冷源耦合以实现热交换的特点,针对超长冷平台温度均匀性小于1 K及其与单点冷源间温度梯度小于5 K的要求,建立了冷量传输通道的热网络模型,分析了影响冷量传输效率的主要因素,提出了优化各部件及不同部件螺接的接触热阻的方法,设计了两个"树状"柔性冷链实现了冷量向多基板冷平台高效传输。通过对加载不同总焦耳热时超长冷平台的温度均匀性及其与单点冷源间的温度梯度等热特性进行仿真和实验验证,结果表明超长冷平台温度均匀性误差小于0.05 K,温度梯度误差小于0.55 K,验证了由多个子基板拼接而成的超长冷平台与单点冷源间冷量传输模型合理可行,对于后续多基板精密拼接的工程应用提供重要参考。     

高温叶片流热固耦合分析及多目标多学科设计优化

采用共轭换热分析方法,实现了C3X型高温叶片的流热固耦合分析,计算结果与实验数据的比较验证了数值方法的可靠性。结合自适应多目标差分进化算法、多目标概念的约束处理方法和三维叶栅自动参数化造型方法,自主开发了适用于高温叶片的自动多目标多学科优化设计平台。以C3X型叶片为参考叶片,选择总压恢复系数最大和叶片最高温度最低为目标进行优化设计。优化后获得了21个Pareto解。详细气热分析表明优化设计得到的叶片性能明显优于参考叶片,验证了所建立的高温叶片多学科设计平台的有效性。     

基于冷原子的非平衡量子多体物理研究

量子多体物理和非平衡物理相结合,是当前物理学研究的重要机遇和挑战.非平衡量子多体物理不仅是当前物理学多个分支共同感兴趣的问题,而且是发展新兴量子科技不可或缺的理论基础.冷原子体系为研究非平衡量子多体物理提供了理想的平台.冷原子等人工量子体系的优势,体现在研究孤立系统热化、和环境耦合导致的耗散、系统参数的扫描、跳变和周期驱动等多种非平衡动力学过程.本文结合笔者的研究成果,给出3个具体的例子,展示基于冷原子的非平衡量子多体物理的研究,如何突破拓扑物理研究的已有框架,发展新的测量量子多体关联的方法,以及丰富规范理论研究的内涵.这类研究聚焦量子多体系统的拓扑、关联等基本性质,利用冷原子体系的优势以实现理论和实验的定量结合,以期提炼出具有普适性的物理规律,并推广到凝聚态物质、核物质等其他物理系统的非平衡过程.     

抽汽–高背压–热泵耦合供热系统运行优化

热电联产机组能源利用效率较高,对我国的节能减排工作具有重要意义。为提高汽轮机抽汽、高背压与吸收式热泵构成的热电联产系统效率及运行灵活性,本文研究了供热机组电热负荷特性,进而对抽汽–高背压–热泵耦合热电联产系统多参数进行优化。研究发现,随着高背压机组电负荷增加,高背压机组产生调峰被动冷源损失增加,机组发电煤耗率以及综合发电煤耗率均随之增加。通过多参数优化,获得了高背压机组初末期、寒冷期及严寒期的最佳运行背压,分别为35.86 kPa、34.32 k Pa和32.27 kPa。