磁流体热疗中热质传递耦合作用研究

为研究肿瘤磁流体热疗过程中温度梯度与浓度梯度间的耦合效应对磁微粒的弥散及肿瘤内传热的影响,本文根据非平衡热力学唯象定律建立了包含浓度场及温度场的耦合传热传质模型,以常数形式的热扩散系数表征温度梯度对传质过程的影响程度。通过有限元法求解,得到考虑双场耦合作用时肿瘤内的浓度分布和温度分布。模拟结果表明,与不考虑耦合效应的情...     

基于热超构材料的能量收集与热电转换特性

针对温差发电器的局限性,利用热超构材料的热场调控特性,提出了将温差发电器与二维扇形热超构材料能量收集结构进行集成,从而改善温差发电器的热电转换效率.基于有限元多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics研究了不同材料对能量收集结构热场调控性能的影响,确定材料后对其进行热电性能仿真,仿真结果表明,能量收集结构可实现热流的有效调控,在同一仿真条件下能量收集中心的温度梯度相比自然材料提高了8倍.对不同尺寸温差发电器发电量进行研究,在此基础上综合考虑加工精度和测试难度,完成了能量收集结构3维建模及加工制造.搭建实验测试系统,使用热成像仪观测能量收集结构的温度分布,测试实验结果显示该能量收集结构可以有效调控热场,在相同冷热源条件下相比自然材料结构可以将温差发电器的工作效率提高3.2倍,对推动温差发电技术更加迅速地发展具有一定的现实意义.     

激光二极管阵列侧面泵浦薄片激光器的热效应

建立了激光二极管阵列快轴垂直于薄片表面、对快轴压缩、环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型。依据激光二极管阵列的输出光束特性,运用有限元法,得出了薄片内的泵浦光、温度和热应力分布。分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明：热破坏主要为复合面外侧的拉伸破裂;温度和应力的上升时间和恢复时间随泵浦功率的变化不明显,随换热系数的增大而减小,存在一个最佳的换热系数;考虑热力学参数温度相关性的稳态温度和应力要大于不考虑热力学参数温度相关性时的值。     

基于能量最优的室内可见光通信LED布局EI北大核心CSCD

LED兼具照明和数据通信功能,在室内可见光通信(VLC)中,LED的布局对维持接收面上接收功率的稳定分布有重要作用。室内LED矩形布局下的接收功率分布并不能覆盖整个接收面,存在接收功率中断区,无法实现最优的VLC系统性能。考虑室内墙面及地板的一次反射,研究LED在不同位置的布局方案,采用粒子群优化(PSO)算法分析LED布局方案,设计了能耗最小的LED圆形布局方案。仿真分析了LED矩形布局和圆形布局下的接收功率分布、信号中断率、能量损耗以及信噪比分布,仿真结果表明LED圆形布局的VLC系统性能优于矩形布局,需要的LED数量几乎为矩形布局的一半,减小了VLC系统的码间干扰。     

基于能量最优的室内可见光通信LED布局

LED兼具照明和数据通信功能,在室内可见光通信(VLC)中,LED的布局对维持接收面上接收功率的稳定分布有重要作用。室内LED矩形布局下的接收功率分布并不能覆盖整个接收面,存在接收功率中断区,无法实现最优的VLC系统性能。考虑室内墙面及地板的一次反射,研究LED在不同位置的布局方案,采用粒子群优化(PSO)算法分析LED布局方案,设计了能耗最小的LED圆形布局方案。仿真分析了LED矩形布局和圆形布局下的接收功率分布、信号中断率、能量损耗以及信噪比分布,仿真结果表明LED圆形布局的VLC系统性能优于矩形布局,需要的LED数量几乎为矩形布局的一半,减小了VLC系统的码间干扰。     

一维异质结构的瞬态热整流效应

瞬态条件下的热整流有广阔的实际应用背景,本文建立了一维板状复合结构热整流器的瞬态热整流模型,并利用有限元方法研究了不同恒定热阻、不同界面间隙、周期性温度边界条件以及材料和几何参数对瞬态热整流效果的影响规律.研究结果表明,界面热阻的存在可以提高系统的瞬态热整流系数,而初始界面间隙的引入让瞬态热整流系数实现了量级的飞跃.通过几何以及材料参数的合理设置有利于优化结构的热整流效果,针对周期性高温边界条件,温差和频率的变化可进一步提升复合结构的热整流系数.本文所提出热整流机制可以指导瞬态下热整流器的优化设计.     

低功率激光热透镜效应的模拟及研究

与高功率激光相比,低功率激光更安全,其热透镜效应对激光功率变化更敏感,更适合用于实验教学.本文利用有限元法模拟低功率激光的热透镜效应,模拟介质温度场和等效热透镜焦距,定量探究低功率激光热透镜焦距与激光功率以及介质热吸收率、厚度的关系.模拟结果与实验数据符合良好,为探究低功率激光热透镜效应实验提供理论依据.     

新型热耦合高频脉冲管制冷机性能研究

本文介绍了一种热耦合型的脉冲管制冷机,由两个独立的制冷机系统构成.通过改变一级的输入功率可以维持二级热端在一个较低温度研究脉冲管制冷机在低温下的工作性能以及不同参数的影响.二级制冷机在热端温度120 K左右时,输入10 w功率能够使最低温度降到41 K,30 w时能够达到31.8 K并在60 K时有超过0.5 W的制冷量.     

一种包含非线性光学效应的硅基微环稳态模型

微环谐振器是集成光学中的关键器件,它的实际滤波特性会受到输入光功率的影响,但长期以来,微环谐振器的稳态模型仅包含线性光学作用。考虑微环谐振器反馈波导中的光学非线性引入的损耗和相移,以及微环耦合器中光学非线性引入的耦合比改变等因素,推导了考虑自相位调制、双光子吸收和热光效应的微环谐振器的非线性模型。重点讨论了双光子吸收和光学非线性引入的耦合器耦合比改变对微环谐振器陷波深度的影响,仿真结果表明,在热光效应和自相位调制产生谐振谱线频移的同时,功率相关的耦合器耦合比的改变对微环谐振器陷波深度的影响较大。     

废热温差发电器驱动的电化学制冷系统研究

提出了利用废热(工业废气、尾气余热等)温差发电器驱动的电化学制冷系统,并建立数学物理模型,分别研究废热温度和环境温度对系统的功率消耗、热效率、制冷功率和性能系数的影响.结果表明,温差发电器性能的模型计算值与文献测试值误差在6.8%以内;随着废热温度的增加,系统的输出功率、热效率和制冷功率随之增加,但性能系数急剧减小;随着环境温度的增加,系统热效率和制冷功率逐渐降低,但输出电压和性能系数逐渐增加;与TGM-127型系统相比,虽然HZ-2型系统的热电转换性能处于劣势,但其体积和重量明显减小,更适合应用在汽车、卫星等领域。     

三维集成电路堆叠硅通孔动态功耗优化

三维集成电路堆叠硅通孔结构具有良好的温度和热特性. 提出了一种协同考虑延时、面积与最小孔径的堆叠硅通孔动态功耗优化办法. 在提取单根硅通孔寄生电学参数的基础上, 分析了硅通孔的直径对多层硅通孔的功耗与延时性能的影响, 由此构建了分层逐级缩减堆叠硅通孔结构, 分析了硅通孔高度与氧化层厚度的影响. 结果表明, 该模型可在牺牲少许延时的情况下显著优化动态功耗, 在允许牺牲延时5%的情况下, 堆叠硅通孔的动态功耗最多可减少19.52%.     

考虑通孔横向热传输效应的三维集成电路热分析

考虑横向热传输效应,构造一种包含通孔结构的叠层芯片三维热传输模型.在具体的工艺参数下验证叠层芯片层数、通孔密度、通孔直径和后端线互连层厚度对三维集成电路热传输的影响.结果显示,采用该模型仿真得到的各层芯片温升要低于不考虑横向热传输时所得到的温升,差异最大可达10%以上,并且集成度要求越高,其横向热传输效应的影响越明显.该模型更符合实际情况,能够更准确地分析三维集成电路的各层芯片温度.     

考虑硅通孔的三维集成电路最高层温度模型

针对三维集成电路最高层芯片,引入硅通孔面积比例因子r,提出了考虑硅通孔的温度解析模型.Matlab分析表明,在芯片堆叠层数及芯片工作状态相同的情况下,考虑硅通孔之后的芯片温度比未考虑硅通孔时要低;r越大,芯片温度越低;当芯片堆叠层数较多且r较小时,温度随着r的减小急剧上升;对于8层的三维集成电路,硅通孔面积比例因子的最佳范围为0.5%~1%.     

声学CT复杂温度场重建研究

为提高声学CT复杂温度场重建能力,提出一种利用Markov径向基函数逼近和Tikhonov正则化的温度场重建算法,简称MTR算法。该算法首先用Markov径向基函数的线性组合,逼近介质中的复杂声速场分布,然后利用介质中多路径声波传播时间和Tikhonov正则化法,求解声速场分布,进而利用声速与温度的关系获得温度分布。对单热点、三热点和五热点温度场模型进行了仿真重建,结果表明MTR算法热点定位精度高,重建误差小。开发了声学CT温度场重建实验系统,用电加热器在内装1200 kg大豆的实验粮仓中形成热点,MTR重建结果能正确反映热点位置,热点温度重建误差1.3%。可见,MTR算法复杂温度场重建能力强,可望用于实际储粮温度分布监测。     

CW激光辐照薄板热力响应全场测量

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程,利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响,发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量,是一种很有效的实验测量手段。     

多测点智能温度传感器设计

针对广泛应用的温度检测,设计了一种多测点智能温度传感器。该智能温度传感器将多个常规温度传感元件、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器连接起来,利用三维单片智能传感器结构集成在一块硅基片上,实现了三维集成多层结构。同时智能温度传感器利用信号幅度、变化趋势、多测点冗余故障判决和传感信息融合方法,在实现传感故障诊断的同时提高检测准确度。     

Reduction of signal reflection along through silicon via channel in high-speed three-dimensional integration circuit

The through silicon via （TSV） technology has proven to be the critical enabler to realize a three-dimensional （3D） gigscale system with higher performance but shorter interconnect length. However, the received digital signal after trans- mission through a TSV channel, composed of redistribution layers （RDLs）, TSVs, and bumps, is degraded at a high data-rate due to the non-idealities of the channel. We propose the Chebyshev multisection transformers to reduce the signal reflec- tion of TSV channel when operating frequency goes up to 20 GHz, by which signal reflection coefficient （$11） and signal transmission coefficient （$21） are improved remarkably by 150% and 73.3%, respectively. Both the time delay and power dissipation are also reduced by 4% and 13.3%, respectively. The resistance-inductance-conductance-capacitance （RLGC） elements of the TSV channel are iterated from scattering （S）-parameters, and the proposed method of weakening the signal reflection is verified using high frequency simulator structure （HFSS） simulation software by Ansoft.     

铷原子频标数字温控电路的设计

为了实现铷原子频标数字化、小型化、低功耗的需求,采用单片机、模数转换器设计出一种基于PID控制算法的铷频标数字温控系统,介绍了PID控制算法的基本原理和参数的工程整定法. 实验结果表明：该数字温控系统与传统模拟温控系统相比,控温精度相当,功耗与体积均有所减小. 该数字温控电路可满足小型化铷原子频标工作的需求.      

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提出了一种以多目标参数优化确定热斑的温度和密度径向分布的方法。用热斑中心位置和燃料界面位置对应的电子温度、靶剩余烧蚀层峰值密度、剩余烧蚀层质量与初始烧蚀层质量的比值以及燃料与烧蚀层分界面位置构成五维变量空间参数空间的每个点描述一组温度和密度分布。将实验测量的X射线图像的归一化强度分布与理论模型计算的强度分布的方差作为两个目标函数;另一个目标函数是实验测量的热斑的平均温度与理论模型计算的平均温度的方差。通过多目标遗传算法搜索五维参数空间获得最优参数,从而获得最优的温度和密度分布。对KB显微镜配合X射线胶片测量的实验结果进行了计算,给出了热斑的最佳温度和密度的径向分布。由测试算例发现,温度分布对目标函数的依赖较强。     

Effect of ytterbium concentration on cw Yb:YAG microchip laser performance at ambient temperature – Part II: Theoretical modeling

A theoretical model based on a quasi-four-level system is modified to investigate the effect of Yb concentration on performance of continuous-wave Yb:YAG microchip lasers by taking into account temperature-dependent thermal population distribution, temperature-dependent emission cross-section and concentration-dependent fluorescence lifetime, thermal loading, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient. The local temperature rise in Yb:YAG crystal caused by the absorbed pump power plays an important role in the laser performance of Yb:YAG microchip lasers working at ambient temperature without actively cooling the sample. The output wavelengths dependent on output coupling, Yb concentration, and pump power level were analyzed quantitatively. The numerical simulation of Yb:YAG microchip lasers is in good agreement with experimental data. The optimized laser operation for Yb:YAG microchip lasers is proposed by varying the thickness and output coupling for different Yb concentrations. The effect of thermal lens, thermal deformation effect, and saturated inversion population distribution inside the Yb:YAG crystal on performance of heavy-doped Yb:YAG microchip lasers are also addressed. PACS 42.55.Xi; 42.70.Hj; 42.55.Rz