低温装置中温度测量的热沉问题

文中讨论了低温装置中的热沉问题。为减少因电引线导热对温度计的热负荷 ,提高温度测量的精度 ,在温度计的引线中加入热沉将是非常必要而且有效的手段。文中解决了不同边界条件下所需的热沉长度的求解问题 ,并讨论了其实际应用     

低温温度计标定装置中测量引线传热分析

介绍了低温温度计标定装置中的热沉问题;建立了数学模型;找出了计算与热沉接触电引线长度的方法;并给出了实例计算。为解决低温装置中的热沉问题提供了理论依据。     

粗糙热传导表面下激光介质的热效应

在考虑激光介质与热沉不完全接触导热的情况下,用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场,研究了其热效应.表面附近相位差存在起伏且深入一定深度使热效应复杂化.随抽运功率的增大,表面附近相位差的起伏增强,而起伏深度变化不明显;接触面积增大,相位差起伏减小,起伏的深度有所减小.抽运功率较小时,热致衍射损耗随抽运功率的增大近似线性增大,高斯光半径越大,增大的斜率越大,当抽运功率增加到一定程度时,热致衍射损耗增大的趋势减缓,半径大的减缓较明显.在抽运光功率变化范围内,半径大的高斯光热致衍射损耗大于半径小的.高斯光半径较小时,接触面积对热致衍射损耗的影响不明显,当高斯光半径较大时,接触面积减小热致衍射损耗增大.     

获得1K级低温及其热分析

本文报道由液氦(~4Hc)获得1K级低温的减压降温装置技术及其热分析.实验结果已达到1.17 K.测量了实验杜瓦的轴向温度分布.已用于超流氦温度下复合材料导热系数的实验研究和氦λ点温度以下温度计的标定.     

平板热管均热器与热沉的一体化设计

提出了平板热管均热器与热沉一体化设计的新思路,加工了交叉孔道式一体化平板热管并进行了实验研究。这种与热沉一体化设计的新型平板热管能有效降低导热热阻,完全消除了均热器与热沉间的接触热阻。对不同热流密度下热管工作时的稳态温度进行测试,比较了一体化平板热管和其他传统结构热管的热阻值,验证了该热管良好的性能。     

封装对大功率半导体激光器阵列热应力及Smile的影响

提出一种采用双铜-金刚石的"三明治"封装结构,利用有限元分析方法研究了其与传统的Cu+Cu W硬焊料封装结构激光器的热应力与Smile.对比模拟结果发现新封装结构热应力降低43.8%,Smile值增加95%.在次热沉热膨胀系数与芯片材料匹配的情况下,使用弹性模量更大的次热沉材料,可对芯片层热应力起到更好的缓冲作用.以硬焊料封装结构为例,分析了负极和次热沉厚度对器件Smile的影响.结果表明负极片厚度从50μm增加到300μm,器件工作结温降低2.26℃,Smile减小0.027μm,芯片的热应力增加22.95 MPa.当次热沉与热沉的厚度比小于29%时,Smile随次热沉厚度增加而增加;而当次热沉厚度超过临界点后,Smile随次热沉厚度增加而减小.当次热沉厚度达到临界点(2300μm)时,硬焊料封装的半导体激光器具有最大的Smile值3.876μm.制备了Cu W厚度分别为300μm和400μm的硬焊料封装976 nm激光器,并测量了其发光光谱.通过对比峰值波长漂移量,发现Cu W厚度增加了100μm,波长红移增加了1.25 nm,根据温度和应力对波长的影响率可知应力减小了18.05 MPa.测得两组器件的平均Smile值分别为0.904μm和1.292μm.实验证明增加Cu W厚度可减小芯片所受应力,增大Smile值.     

纵向导热对换热芯传热性能的影响

文中数值模拟了套管的导热系数、纵向长度和肋数对纵向导热的影响,随着纵向长度的增大,纵向导热的影响急剧减小.导热系数和肋数的增加都会使纵向导热的影响增加.对纵向长度小于 100 mm 短管来说,纵向导热越大热短路造成的损失越大,使整个换热芯传热效率相应幅度地降低;对管长大于 100 mm,材料导热系数小于 46 W/(m·K) 的回热器及换热介质为气体的来说,可以忽略纵向导热的影响.     

液态金属填充型硅脂导热性能实验研究

目前,市售热界面材料一般由固体颗粒和硅油复合制备而成,其普遍存在导热性能差的问题。本文首次提出了一种以室温液态金属流体作为导热填充材料、硅油为基体的新型复合导热硅脂。在前期研究的基础之上,采用对照实验的方法研究了在四种不同的热流密度下,液态金属填充型导热硅脂的实际导热性能。实验结果表明,该新型导热硅脂可大幅降低热源与热沉之间的接触温差,有望实际应用于各类高功率密度电子设备之中。     

石墨烯纳米网中的声子干涉效应

石墨烯纳米网(GNM)是一种具有周期性纳米孔分布的单层石墨烯,在热电能量转换、热能存储、场效应晶体管等领域具有广阔的应用前景.本文采用非平衡分子动力学与晶格动力学的方法对GNM的热输运机理进行研究.结果表明:GNM的导热系数随纳米孔数量的增加而减小,部分原因归因于声子布拉格散射引起的带隙产生和声子群速度的降低;横向和纵向纳米孔的间距共同影响GNM热输运过程,当水平间距较小时,GNM的导热系数随纵向间距的增大单调减小,随横向间距的增大单调增大;随着水平间距的增大,在声子干涉和散射的共同作用下,导热系数产生明显的波动.这些结论可为GNM中的热输运调控提供理论参考.     

矩形肋片热沉(火积)耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究

针对矩形肋片热沉, 分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标, 采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化, 比较了两种目标下的热沉最优构形, 并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率的函数)和材料占比对两种目标(最大热阻、当量热阻)及其对应最优构形的影响. 结果表明: 热沉外形固定时, 两种目标下均不存在最优的肋片厚度; 热沉外形自由变化时, 两种目标下的最优构形存在一定的差异. 此外, 全局参数对两种目标下的最优构形均没有影响, 而材料占比对两种目标下的最优构形均有较大影响. 提高全局参数和材料占比均可以减小最大热阻最小值和当量热阻最小值, 但对两种目标的减小程度不同. 总体上, 调节热沉结构参数使当量热阻最小, 可以同时获得很好的局部极限性能; 而调节热沉结构参数使最大热阻最小, 获得的整体平均散热性能却较差. 因此, 对本文热沉模型进行优化时, 以当量热阻最小化为优化目标更合理.     

Experimental and numerical investigation of heat transfer in a miniature heat sink utilizing silica nanofluid

In this paper, heat transfer characteristics of a miniature heat sink cooled by SiO₂–water nanofluids were investigated both experimentally and numerically. The heat sink was fabricated from aluminum and insulated by plexiglass cover plates. The heat sink consisted of an array of 4 mm diameter circular channels with a length of 40 mm. Tests were performed while inserting a 180 W/cm² heat flux to the bottom of heat sink and Reynolds numbers ranged from 400 to 2000. The three-dimensional heat transfer characteristics of the heat sink were analyzed numerically by solving conjugate heat transfer problem of thermally and hydrodynamically developing fluid flow. Experimental results showed that dispersing SiO₂ nanoparticles in water significantly increased the overall heat transfer coefficient while thermal resistance of heat sink was decreased up to 10%. Numerical results revealed that channel diameter, as well as heat sink height and number of channels in a heat sink have significant effects on the maximum temperature of heat sink. Finally, an artificial neural network (ANN) was used to simulate the heat sink performance based on these parameters. It was found that the results of ANN are in excellent agreement with the mathematical simulation and cover a wider range for evaluation of heat sink performance.     

集成热管散热器的试验研究与数值模拟

设计了一种用于CPU冷却的集成热管散热器,介绍了其结构特点。通过试验对集成热管散热器和AVC全铜散热器的传热性能进行了比较,并对集成热管散热器的温度场分布进行了测试。采用STAR-CD软件对散热器外部的传热与流动进行数值模拟分析,并试验验证了数值模拟结果的真实性,从而为进一步研究改进集成热管散热器提供了参考依据。!     

Improvement of diode-end-pumped 912 nm Nd:GdVO<Subscript>4</Subscript> laser performance based on microchannel heat sink

To solve the thermal dissipation problem in diode-end-pumped solid state lasers and improve the performance of 912 nm Nd:GdVO₄ lasers, a novel microchannel heat sink is designed and used in the experiments. Heat-transfer coefficients for the common heat sink and microchannel heat sink are calculated. The results obtained for the heat-transfer coefficient for the heat sink with a channel width of 0.2 mm is almost 5 times higher than that of the common one. The heat resistance for the novel heat sink is analyzed. Simulation results show that the maximum temperature in the laser crystal is reduced by 19°C at an absorbed pump power of 24.0 W, and the heat transfer ability significantly increases if the microchannel heat sink is used. Experimental results also indicate that the performance for a 912 nm laser is improved significantly using the novel heat sink, especially from the aspects of laser-beam quality and power scaling.     

Flow boiling heat transfer of water in microchannel heat sink

The flow boiling heat transfer of water in a microchannel heat sink with variable initial vapor quality at the inlet is investigated. The stainless steel microchannel heat sink contains ten 640 × 2050 μm channels with a length of 120 mm; the wall roughness is 10 μm. The data on the local heat-transfer coefficient distribution in heat sink length are obtained in the range of mass fluxes from 30 to 90 kg/m²s, heat fluxes from 40 to 170 kW/m², and vapor qualities from 0 to 1. The heat transfer instability associated with dry spots resulting from insufficient wetting of channel walls introduces substantial contribution to the heat transfer mechanism and leads to decreasing heat transfer in heat sink length downward the flow. The developed method for calculating the flow boiling heat transfer of water in a microchannel heat sink allows more accurate prediction of heat transfer drop than available methods.     

高效微射流阵列冷却热沉传热特性

微射流阵列冷却热沉是利用射流冲击在驻点区能产生很薄的边界层来提高换热效率,本次研究设计的热沉是5层结构的模块式铜微射流阵列冷却热沉,以去离子水为工质对传热特性进行了实验研究.结果表明,采用微射流阵列冷却不仅能通过增加驻点数目来强化换热,而且能有效地降低换热表面的温差.热沉的热阻会随着泵功的增加而降低;随着泵功的不断提高,热阻变化趋于平缓.     

散热片对变压器声辐射的影响及优化分析*

油浸式配电变压器表面布有大量散热片结构,使得油箱振动声辐射变得复杂。该文研究了散热片结构对油浸式变压器辐射声场的影响,在此基础上提出了散热片结构尺寸的优化措施。建立了考虑流固耦合的变压器振动和声学分析模型,提出了散热片声场效应评判准则,基于模态分析和频响分析探讨了散热片对变压器振动声辐射影响的振动效应、声源效应和声障效应。实验数据和仿真分析结果表明,变压器散热片对变压器振动声辐射的影响不可忽视,尤其是声源效应。采用遗传算法对散热片分布和尺寸参数进行优化分析,计算结果表明,通过优化散热片可以有效降低变压器表面均方振速和辐射声功率,可为变压器噪声控制和优化提供依据。     

侧面抽运板状激光介质的热汇冷却

高热负荷固体激光介质的热效应已经成为制约激光器功率进一步提高的严重障碍,只有对激光介质进行有效的冷却才能保证其安全运行。以不均匀换热系数模型为基础,研究了具有非均匀内热源的侧面双向抽运板状激光介质在狭窄通道强制对流冷却情况下的耦合换热问题,对热汇冷却方案下介质的温度分布和热应力分布进行了数值模拟和分析,并对复合介质、蓝宝石和金刚石三种热汇材料进行对比。结果表明,忽视换热系数的非均匀性将导致应力计算结果偏低。对于侧面抽运、侧面冷却的激光介质,金刚石热汇冷却方案最佳,蓝宝石热汇方案次之,而复合介质方案不宜采用。     

高效微射流阵列冷却热沉的阻力特性

微射流阵列冷却热沉是利用射流冲击在驻点区能产生很薄的边界层来提高换热效率,合理的布置射流孔,可以极大的提高被冷却表面温度分布的均匀性。本次研究设计的热沉是5层结构的模块式铜微射流阵列冷却热沉(微射流孔直径d=0．15 mm),以氮气和去离子水为工质对阻力特性进行了实验研究,并与微射流阵列冷却热沉的理论计算进行了比较。结果表明,在微射流热沉中,热沉的实验压降值低于计算值,热沉总阻力主要是由局部阻力引起的,占到热沉总阻力的90％。     

C-mount封装激光器热特性分析与热沉结构优化研究

为了降低单管半导体激光器的结温、提高器件的散热效果,基于C-mount热沉的热特性分析提出了一种优化的台阶热沉结构,研究了单管激光器结温和腔面侧向温度分布曲线的影响。在热沉温度298 K和连续输出功率10 W的条件下,腔长为1.5 mm的典型C-mount封装结构激光器的结温为343.6 K,热阻为4.6 K/W。通过在典型C-mount热沉中引入台阶结构,使封装激光器的结温降低为333.8 K,热阻减小到3.5 K/W。计算表明,其输出功率可提高近20%。