3ω法加热/测温膜中温度波解析及其在微/纳米薄膜导热系数测量中的应用

给出了3ω法测试系统中描述薄膜表面加热/测温膜中温度波动的级数形式解，并将复数温度波动的实部和虚部分开表示.利用该解分析了交流加热频率、加热膜宽度和材料热物性的组合参数对加热膜温度波动幅度的影响.并根据此解对测量原理的数学模型进行了修正，建立了相应的3ω测试系统，首先测定了厚度为500 nm SiO₂薄膜的导热系数，验证了实验系统的合理性.加大了测试频率，利用级数模型在高频段直接得到SiO₂薄膜的导热系数，结合低频段的数据同时确定了Si基体的导热系数.利用级数解分析测试了激光晶体Nd:YAG〈111〉面上多层ZrO₂/SiO₂增透膜的导热系数，测试的ZrO₂薄膜的导热系数比体材料小.进行了不确定度分析.结果表明，提出的分析方法可以有效研究微器件表面薄膜结构的导热性能. 关键词： ω法')" href="#">3ω法 微/纳米薄膜 导热系数 微尺度加热膜     

斯特林发动机换热器系统内工质的压力传递变化特性研究

斯特林发动机由于其外部加热特性适合用于分布式供能系统而正在得到越来越多的重视。斯特林机运转时,其内部工质的压力传递变化特性决定了输出机械功率的大小。本文首先采用施密特分析法对自主研制的某型斯特林机在预充氦气压力为2 MPa的工况下计算其压力的周期性变化情况,然后在同样的工况下用实验测试的方法研究工质在换热器系统内的压力传递变化特性。最后比较理论计算值与实验测试值得出,施密特分析法可以反映出斯特林机换热器系统内工质压力的真实变化情况,且叠网式的回热器结构是造成换热器系统内压力损失的主要因素之一。     

飞秒激光抽运探测热反射法对金属纳米薄膜超快非平衡传热的研究

随着微电子器件尺寸的减小、 工作频率的提高, 金属薄膜中电子与声子将处于非平衡状态, 这将导致微电子器件的热阻增大. 为准确地对这些微电子器件进行热管理, 电子-声子耦合系数的测量变得越来越重要. 本文采用飞秒激光抽运-探测热 反射法研究了不同厚度的金属纳米薄膜的非平衡传热过程. 通过抛物两步模型对实验数据进行拟合, 在拟合过程中引入电子温度与声子温度对反射率影响的比例关系, 从而优化了拟合结果. 通过对不同厚度的Ni膜与Al膜的电子-声子耦合系数的研究, 表明金属薄膜中的电子-声子耦合系数并不随薄膜厚度的改变发生变化. 实验结果还验证了探测光的反射率同时受到电子温度和声子温度的影响, 并通过数据分析量化了电子温度和声子温度对反射率的影响系数.     

平直翅片管与波浪翅片管流动换热性能比较

扁管外焊蛇形平直翅片是直接空冷凝汽器翅片管的一种常见形式,为进一步提高空冷凝汽器的冷凝效率,建立了波浪翅片扁管的三维物理数学模型。通过数值模拟,获得了不同空气入口流速下,波浪翅片扁管和平直翅片扁管外冷却空气的流场和温度场,通过对流换热系数和流动损失的对比分析表明,波浪翅片扁管在空气侧换热系数和流动损失方面比平直翅片扁管有一定的优势,在低风速的工况下,优势较为明显。     

基于沸腾-空化耦合效应的微通道线阵LD用热沉

 针对大功率LD的冷却需求,基于沸腾-空化耦合效应,研制了一种微通道相变热沉,封装腔长1.5 mm的LD线阵。依据加工条件确定通道宽度、深度以及间距,采用2维数值模型估算了通道长度,热沉材料采用无氧铜,多层叠焊,外形尺寸为20 mm×12 mm×1.6 mm。实验测试了连续功率LD输出0～100 W时的电 光转换效率以及电流 输出功率等特性,冷却工质采用R134a,磁驱齿轮泵电机转速50 r/s时热沉热阻为0.3 ℃/W。结果显示微通道相变热沉具有良好的散热能力,能够满足大功率LD的散热要求。     

粗糙度对微细圆管内流动特性影响的摄动分析

本文以粗糙度为小参数,采用正则摄动法求解了微细圆管内的层流流动.计算结果表明,壁面相对粗糙度和粗糙元的无量纲间距是影响微细通道内部流场的主要因素.壁面相对粗糙度仅影响扰动流函数的峰值但不影响流场受扰区域的大小;而粗糙曲线空间波数对扰动流函数的峰值和扰动区域的大小都有影响.当粗糙度相同增大空间波数时,流函数的扰动峰值和受扰区域都将减小,这为合理设计粗糙元同时抑制摩擦阻力增大提供了理论依据.     

微流控系统表面张力和黏度在线测量

微流控系统中界面流体界面张力和黏性作用力对传热、压降以及临界热流密度(CHF)起主导作用,由于流体物性在两相流系统中对环境参数非常敏感,因此对微流控系统界面张力和黏度的在线测量非常重要。本文提出了表面张力和黏度快速在线测量的新方法.该方法基于Taylor流在微通道中的流体动力学,通过液膜厚度的测量及其与流体物性间的理论关系式,对冷却工质FC-72及乙醇和水液体混合物的的动态表面张力和黏度进行了计算,并与文献参考值和理论模型做了比较,证实该方法可以得到可靠的表面张力和黏度结果。该方法具有样品耗量小、动态及在线测量优点,实现了微通道两相流动和物性测量的结合。     

毛细微槽中汽泡动力学行为可视化研究

本文在透明的硼硅玻璃表面加工矩形毛细微槽,利用高速摄影仪对竖直开放式毛细微槽中的汽泡动力学行为进行了可视化研究.研究结果证实了在竖直微槽中不存在汽泡脱离壁面的现象.同时实验结果表明:汽泡生长可分为三个不同的阶段,且生命周期大为缩短;常规尺寸的池沸腾理论预测模型已不能很好地预测其生长规律.     

多晶碲化锌薄膜载能子超快动力学实验研究

利用双波长飞秒激光抽运-探测实验方法测量了掺氮多晶ZnTe薄膜在飞秒激光加热情况下载能子超快动力学过程. 采用包含电子弛豫过程和晶格加热过程的理论模型拟合实验数据, 二者符合得很好. 拟合得到10 ps以内影响掺氮多晶ZnTe薄膜表面超快反射率变化的三个弛豫过程的时间常数均为亚皮秒量级. 其中, 正振幅电子弛豫过程是由电子-光子相互作用引起的载流子扩散和带间载流子冷却过程, 负振幅电子弛豫过程是由缺陷造成的光激载能子的俘获效应引起的, 晶格加热过程主要通过电子-声子耦合过程进行的.