低温辐射计热结构设计与分析

低温辐射计利用低温超导下的电替代测量原理,将光辐射计量溯源到可以精确测量的电参数测量,是目前国际上光功率测量的最高基准.本文实验研究了低温辐射计的热路结构,系统分析了腔体组件与热链材料的热学特性对低温辐射计响应率和时间常数特性参数影响的机理.在此基础上,设计了由黑体腔、热链和支撑结构组成的热结构机械件,搭建了低温辐射计特性参数测试系统,并针对OHFC铜、6061铝、304不锈钢和聚酰亚胺四种不同热链材料测试了低温辐射计的时间常数和响应率,时间常数跨度为23—506 s,响应率跨度为35.5—714.8 K/W.结果表明,在腔体组件确定的情况下,通过调节热链的材料和结构,可以实现对低温辐射计特性参数的调控.实验结果对低温辐射计特性参数指标分配和指导下一代低温辐射计的研制具有一定参考价值.     

大功率AlGaInP红光LED散热基板热分析

采用有限体积数值模拟、瞬态热阻测试方法以及热沉温度一峰值波长变化的关系,对三种散热基板上大功率AIGaInP红光发光二极管(LED)进行热特性分析.三种LED采用相同型号、规格,散热基板,区别在于散热通道以及材料.测量样品的瞬态温度响应曲线,基于结构函数理论模型对温度响应曲线进行数学处理,得出包含热阻与热容的结构函数,区分出样品内部热流通道上各个区域的热阻与热容,进而发现散热瓶颈区域.测试样品在不同热沉温度下的电致发光光谱,通过热沉温度一峰值波长系数为区别样品散热性能提供定性判断依据.通过模拟与测试结果比较,为优化陶瓷基板内部散热结构,设计最佳的散热模型提供重要参考依据.     

基于多芯片封装的半导体激光器热特性

设计了一种由12只单条形芯片分为2组以从高到低阶梯排列的百瓦级半导体激光器结构。针对其在稳态工作条件下的热特性利用ANSYS软件进行了模拟分析,通过改变Cu热沉的宽度、间距和高度差,得到了最高和最低Cu热沉封装的芯片有源区温度及两者温度差值的变化规律。最后设计了一种较为理想的百W级半导体激光器的散热结构。     

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     

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。     

带射流微小通道热沉的数值模拟及优化

本文对射流与微小通道结合的高热流密度热沉的性能进行了数值模拟。为比较不同结构尺寸的热沉性能,发展了一种同定流体泵功耗比较热源面温度的分析和优化方法,利用该方法对通道深度、喷口深度和通道宽度的影响规律进行了模拟分析和优化,结果表明这种热沉结构存在最优尺寸,最优尺寸和泵功有关。同时模拟结果也表明该热沉具有良好的散热性能,热...     

非对称双链分子结构的热整流效应

采用非平衡分子动力学方法,研究由Frenkel-Kontorova模型构建的非对称双链分子结构体系,并考察了温度、链内耦合强度、链间耦合强度以及系统尺寸对体系的热整流效应的影响. 研究表明,低温下非对称双链体系表现出热整流效应;在一定的范围内,链间的耦合和链内的耦合强度越强,体系的热整流效果就越好;随着系统尺寸的增大,热整流效率先减小后增加,最后达到稳定. 非对称双链结构的链接粒子的功率谱行为与单链情形相似,其可以用于对热整流效应的解释. 关键词： 双链分子结构 热整流 Frenkel-Kontorova模型 链间相互作用     

空间相机的热分析和热设计

空间飞行器在轨道运行过程中，除空间热沉影响外，还会受到太阳辐射、地球红外辐射和地球阳光反照等热因素作用，同时相机内部热源也会影响相机的温度.温度的变化对高分辨率航天相机光学系统成像质量影响很大.热控系统的目的是保证相机的各部分保持在各自的温度范围内.本文对相机整体进行了详细热分析计算，得出了低温、高温初期、高温末期工况以及其他一些情况下相机各部分的温度水平，为相机热控实施提供依据.     

构形树状小通道热沉的传热分析

建立了恒受热面温度条件下构形树状小通道热沉中层流流动和换热的三维稳态模型,进行了数值求解,给出了热沉的流动压降、温度分布和热有效性,并与蛇形通道热沉进行了比较。研究结果表明,构形树状结构有效分散了冷却流体,强化了流动换热;与蛇形通道相比,构形树状通道不仅具有压降小的优势,而且其热有效性也远高于蛇形通道。     

低维纳米材料量子热输运与自旋热电性质 ——非平衡格林函数方法的应用

低维材料不断涌现的新奇性质吸引着科学研究者的目光. 除了电子的量子输运行为之外, 人们也陆续发现和确认了热输运中显著的量子行为, 如 热导低温量子化、声子子带、尺寸效应、瓶颈效应等. 这些小尺度体系的热输运性质可以很好地用非平衡格林函数来描述. 本文首先介绍了量子热输运的特性、声子非平衡格林函数方法及其在低维纳米材料中的研究进展; 其次回顾了近年来在 一系列低维材料中发现的热-自旋输运现象. 这些自旋热学现象展现了全新的热电转换机制, 有助于设计新型的热电转换器件, 同时也给出了用热产生自旋流的新途径; 最后介绍了线性响应理论以及在此理论框架下结合声子、电子非平衡格林函数方法进行的一些有益的探索. 量子热输运的研究对热效应基础研究以及声子学器件、能量转换器件的发展有着不可替代的重要作用.     

石墨片作辅助热沉的高功率半导体激光器热传导特性

为使边发射高功率单管半导体激光器有源区温度降低,增加封装结构的散热性能,降低器件封装成本,提出一种采用高热导率的石墨片作为辅助热沉的高功率半导体激光器封装结构。利用有限元分析研究了采用石墨片作辅助热沉后,封装器件的工作热阻更低,散热效果更好。研究分析过渡热沉铜钨合金与辅助热沉石墨的宽度尺寸变化对半导体激光器有源区温度的影响。新型封装结构与使用铜钨合金作为过渡热沉的传统结构相比,有源区结温降低4.5 K,热阻降低0.45 K/W。通过计算可知,激光器的最大输出功率为20.6 W。在研究结果的指导下,确定铜钨合金与石墨的结构尺寸,以达到最好的散热效果。     

内嵌定向高导热层疏导式结构热防护机理分析

针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境, 提出内嵌定向高导热层的疏导式热防护系统. 运用数值方法分析了特定条件下内嵌定向高导热层的疏导式系统的防热效果, 外壁面最高温度下降了9.1%, 内壁面最高温度下降了31.5%, 高温区和低温区都被封闭在外层区域, 内层温度更加均匀, 实现了热流由高温区向低温区的转移, 削弱了高温区的热载荷, 强化了整体结构的热防护能力. 研究表明, 随着气动热流密度比与辐射散热面积比的增大, 疏导结构的冷却效果增强. 本文还对疏导防热系统的结构参数和材料参数对冷却效果的影响进行了分析, 为结构的设计和材料的选取提供一定的依据.     

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%。     

双层微通道热沉关键参数的优化

相比于单层热沉,双层热沉显著改善芯片温度均匀性.本文建立了双层热沉的三维流固耦合模型,采用参数递进优化法,对硅基水冷双层热沉的几何结构(流道数N、下层流道高度H_(c1)、上层流道高度H_(c2)和肋条宽度W_r)及上下两层通道的流速比t进行了优化研究.结果表明,在泵功0.2 W和热流密度100 W·cm~(-2)时,最佳的双层热沉结构和通道流速比分别为:N_(opt)=70,H_(c1,opt)=200μm,H_(c2,opt)=650μm,W_(r,opt)=71.48μm和t_(opt)=1.85,相比于同样操作条件和几何参数的单层热沉,热阻降低了11.3%,热沉的最大温差从单层热沉的4.6 K降低到0.5 K,显著改善了热沉的温度均匀性.     

热光系数与长周期光纤光栅的温度灵敏度研究

利用受温度影响的光纤的本征方程和相位匹配条件,从理论上研究了长周期光纤光栅(LPFGs)的温度响应特性,给出了LPFGs的温度灵敏度的解析表达式。对利用低模序包层模的LPFG进行了实验研究。结果表明,利用不同包层模的LPFGs具有不同的温度灵敏度。分析了光纤的材料热光系数和模的热光系数的差别。单模光纤导模的热光系数接近纤芯的材料热光系数,而包层模的热光系数比包层的材料热光系数大,模序越大,其值越大。适当调整纤芯和包层的热光系数,并选用不同的包层模,可以得到对温度灵敏或不灵敏的LPFGs。     

低温环境模拟舱室门封构件的热设计与优化

低温环境模拟舱室(设计温度为-205℃～+100℃)的设计关键是尽量减少舱室对外各个接口处的漏热,尤其是门封处。文中针对低温舱室多种门封构件进行了漏热分析,确定了合适的门封构件。为减少漏热,在门封构件内加入液氮热沉,以吸收外部的漏热,减小向内部的漏热。完成了液氮盘管搭接位置的设计,大大减少了外部对内部的漏热量。     

大型空间环境模拟设备热沉设计与研究

热沉是空间环境模拟器中的重要组成部分。文中就大型热沉研制过程中有关热沉理论计算、材料选择、热沉结构等方面作了介绍。     

煤油热沉与热裂解反应特性的试验研究

本文设计了一种煤油热裂解反应特性与热沉测量试验系统,利用该试验系统和原始标定法的热损测量方法,测量出了在亚临界和超临界压力下煤油热裂解反应的热沉大小,并进行了热裂解反应主要分解产物成分含量的测定与分析。结果表明：壁温随热流密度增加而增加;在相同燃油温度条件下,压力增大,热沉降低;裂解反应气体的浓度变化主要受到燃油温度和...     

低温辐射计的结构优化方案设计

传统低温辐射计的布儒斯特窗口会对传递探测器的绝对光谱响应率定标产生较大的影响。文中阐述了低温辐射计对传递探测器的传统定标过程;分析定标过程中因布儒斯特窗口及窗口复现导致定标精度降低的原因;提出一种新的定标结构。该结构中低温辐射计和传递探测器安置于同心弧形轨道上,二者通过精密电机的控制可以分时切入定标光路,实现传递探测器相对于低温辐射计的绝对定标。新的定标结构能够完全消除布儒斯特窗口在传递探测器定标过程中的影响,降低测量激光功率约50%的不确定度,可以进一步降低辐射定标溯源基准的不确定度,提高定标的精度。     

低温辐射计黑体腔吸收率分析

低温辐射计是目前国际上光辐射功率计量中准确度最高的测量系统,其光辐射测量不确定度可达10-5量级,目前国内仅有少数研究机构从国外引进低温辐射计开展计量研究,亟待发展国产低温辐射计替代进口产品。由于低温辐射计采用低温超导状态下的电替代测量原理进行光辐射功率测量,发展低温辐射计的难点之一在于研制黑体吸收腔这一核心光辐射接收器件,并要求黑体腔在各波长下的吸收率都要达到0.999 9以上。为研制超高光谱吸收率的黑体吸收腔,系统性分析了各影响黑体腔光谱吸收率因素,在此基础上利用蒙特卡罗光线追迹方法重点研究了光谱波长、腔体长度、黑材料漫反射系数、黑材料吸收率和入射光空间位置等对斜底黑体腔光谱吸收率的影响。研究结果表明：在300～1 100 nm波长范围内黑体腔吸收率与其内壁涂黑材料的吸收率呈正相关,且在300～1 000 nm范围内的吸收率都达到了0.999 9以上,其中在700 nm处的吸收率取得最大值0.999 941 5,表明采用该类型黑材料的黑体腔只在300～1 000 nm范围内满足低温辐射计设计要求,后续需要根据仿真和测试结果对低温辐射计在不同波长下的光电不等效性进行修正;在黑体腔结构和口径确定的情况下,黑体腔吸收率将随腔长增加而逐渐升高,在40 mm后变化趋缓,并在65 mm后逐渐趋于平衡,考虑到低温辐射计低温舱对腔体尺寸的限制,认为腔体长度与口径之比为6.5时较为合适;黑体腔吸收率还受黑材料的漫反射系数影响,随着黑材料漫反射系数的提高,腔体吸收率呈现近似线性下降,所以在选择黑体腔涂黑材料时,在吸收率等指标相同的情况下应尽量选择镜面吸收黑;黑材料吸收率从0.8到1的变化过程中,腔体吸收率提升了0.05个百分点,且黑材料吸收率为0.92时腔体吸收率可达到0.999 9以上,表明黑材料在其有效工作波长范围内任一点的光谱吸收率都要大于0.92;腔体吸收率还受入射光投射的空间位置影响,光线位置越靠近斜底腔顶点处,腔体吸收率越高,但整体吸收率变化不明显,光线位置对腔体吸收率影响只有不到0.004个百分点,几乎可以忽略,认为斜底腔不同位置处的吸收率是均匀的。研究结果对低温辐射计黑体腔研制有一定参考价值。