电池模组轴向-径向协同散热的数值分析

本文对一种轴向-径向协同散热电池模组的热性能进行了研究。电池模组内110颗圆柱电池正交排列,电池底部通过电绝缘板与液冷板相连,中上部通过热扩散板以及排布在电池周围的导热柱与液冷板相接,从而形成了独特的轴向、径向协同散热结构。对当前结构建立热模型,在单体电池3C放电、冷却流量10 L/min时,电池模组最高温度与温差分别为43.68℃、5.68℃。与单纯底部液冷模型相比,电池模组的最高温度降低了约48.68%,而温差增加了约11.37%。为获得更高的电池模组温度一致性,对液冷流量、导热柱直径、导热柱高度以及热扩散板厚度进行了数值仿真分析,并通过期望函数获取了优化参数配置。在较低的液冷流量下,可使得电池模组的热性能满足热设计要求。与实验结果进行了对比,验证了仿真模型的准确性。     

空间相机电控机箱的热设计及仿真分析

为了保证空间相机电控机箱在轨运行期间的工作温度满足使用要求,根据电控机箱的结构特点和导热路径,对电控机箱内部大功耗电子元器件进行了详细热控设计,解决了某些电子元器件发热量大、导热路径较长的问题。以某个典型元器件为例,进行了散热效果估算。最后应用有限元分析软件IDEAS-TMG建立了详细的电控机箱热分析有限元模型,根据电控机箱所处温度边界条件进行了稳态仿真分析,给出了电控机箱整体的热响应性能、印制线路板（PCB）及板上大功耗电子元器件的稳态温度分布云图,结果显示,PCB的温度为40.6～51.1℃,板上大功耗电子元器件的结温为46.3～62.5℃,均满足热控设计的指标要求。热分析结果表明电控机箱热设计合理可行,能够满足使用要求。     

双层结构液冷机箱设计

本文设计了一种可安装32～36个标准模块(ASAAC)模块的液冷机箱,该液冷机箱采用双层式结构。液冷机箱主体结构由上、中、下冷板及左侧冷板组成,各冷板内均设置有冷却液流道,用于机箱的冷却。上、中、下三块冷板之间的流量分配和连接由左侧冷板完成,左侧冷板上装有一进一出快速自密封接头,用于和液冷源的连接。通过实验测试了液冷机箱冷板均匀性、模块最高温度及不同类型模块负载对散热性能的影响。实验表明,该液冷机箱具有换热性能好、可靠性高等优点,可满足实际应用需要。     

LED球泡灯的烟囱效应散热设计与实验

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明:烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04℃,比优化前下降了9.62℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9℃,且散热器重量下降了2.55g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。     

LED异形灯的散热设计与实验

为了提高LED灯具的散热能力,基于烟囱效应原理,设计了一种新型的LED灯具散热结构。该结构仅采用一块圆柱状基板,不需要散热器,突破了传统LED灯具的构造模式。运用软件Solidworks构建三维模型,用其插件Flow Simulation进行热仿真。当功率为10 W时,LED芯片最高温度为81.34℃。当功率增加到15 W时,最高温度变为105.54℃,高于芯片安全工作温度85℃。因此,本文提出在基板中间加入散热器的改进方案,使LED芯片最高温度下降了30.79℃。并以散热器翅片数12个、内环直径20 mm、翅片厚度1 mm为基础模型参数,进行优化试验。研究表明:在翅片数为12个、内环直径为12 mm、翅片厚度为1 mm时,LED异形灯的散热效果最好,此时,LED异形灯的最高温度为72.21℃。当功率为8,13,15,17,19 W时,LED异形灯芯片的温度都满足LED工作的安全要求。经过对8 W的LED异形灯样品的实验测试,测得其最高温度为53℃,与仿真结果仅相差1.01℃,证实了研究的准确性。所设计的LED异形灯,为解决大功率LED散热问题提供了一条新的途径。     

紧凑型液冷散热器的实验研究

提出了一种作用于功率器件的紧凑型液冷散热器,特点为构建了一个带有旋桨式搅拌器的密封腔,能够通过电机驱动叶片搅拌冷却水形成流场以加强传热。为验证该散热器的效果,搭建了实验平台并设计了与模型外形尺寸相同的实心热沉进行对比。通过调整热源工作功率得到不同的温度-时间曲线,当热源输入功率为116 W、室温为27℃时,相比于实心热沉,使用紧凑型液冷散热器的热源温度降低8.7℃。     

液冷辅助热管动力电池热管理性能研究

电池的冷却系统是电动汽车电池发展的重要研究课题。基于夹层结构的热管冷却系统来测量锂电池在25℃环境温度和3C放电倍率下的表面温度。文章分析了自然对流、热管和液冷辅助热管冷却方式,通过对比锂电池表面T_max来比较冷却系统的性能,与自然冷却相比,热管和液冷辅助热管冷却系统的最高电池温度分别降低了8.21%和30.09%,实验结果表明液冷辅助热管的冷却系统在较高热负荷下是有效的。20、30和40 L/h的水流循环能够将T_max平均减少31.74%,实验结果表明该冷却系统的冷却性能会分别随着冷却液流量的加快和冷却液温度的降低而提高。     

无散热器LED异形灯设计与实验

为了降低发光二极管(LED)灯具的重量和生产成本,根据烟囱效应原理,设计了一种无散热器的LED异形灯。利用Solidworks软件建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。并以烟囱高度为30mm,烟囱通道直径为20mm的参数为基础模型,研究不同烟囱高度和烟囱通道直径对LED异形灯最高温度的影响。仿真结果表明:对于烟囱高度和烟囱通道直径都为45 mm,基板重量为35.86g的LED异形灯,当输入功率为6,8,10 W时,其最高温度都低于芯片的安全结温85℃,可满足LED安全工作的要求。对8W的LED异形灯进行实验验证,结果表明LED异形灯的最高温度为73℃,与仿真结果仅相差2.06℃,验证了仿真的正确性。所设计的无散热器LED异形灯不仅可以很好地满足LED散热要求,而且重量轻、成本低、制造简单。     

液冷服数值模拟及舒适性实验研究

为夏季高温工厂流水线工人设计一套调节自身微气候的液冷降温服.基于数值分析的方法,研究了质量流量、载冷液进口温度和环境温度对液冷服性能的影响.随后制作了样品进行实验验证,并开展了舒适性实验.结果表明:质量流量在60-120 kg/h时,进出口温度在2℃以内,液冷服均温性好;载冷液温度在20℃以上时,不出现过冷现象,人体舒...     

LED太阳花散热器开缝交错设计

为了增强发光二极管(LED)散热器的散热能力并降低其质量,对传统LED太阳花散热器进行了开缝交错设计。利用Solidworks软件建立散热器三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。以传统太阳花散热器为基础模型,通过实验得到此模型4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.6%,在允许范围内,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同开缝数量和开缝宽度对LED芯片最高温度的影响进行了研究,结果表明开缝交错设计明显增强了LED散热器的对流散热性能。当输入功率为26 W、开缝数量为9、开缝宽度为1mm时,LED芯片的最高温度为122.15℃。在模型参数相同的条件下,配备开缝交错设计散热器的LED的最高温度比配备传统太阳花散热器的LED下降了8.68℃,且散热器质量下降了6.85g。在自然对流条件下,开缝交错设计有效地延缓了热边界层的形成,改善了流场分布,增强了太阳花散热器的散热性能,并降低了其质量。     

低轨道轻质星载一体化空间光学遥感器的热设计

根据空间光学遥感器的轨道特点和任务需求,通过仿真分析对其进行了热设计。考虑近地空间环境的特殊性,选择防原子氧布作为多层隔热材料的面膜。为减小遥感器框架上安装的星上设备对遥感器温度的影响,设计了大热阻安装结构并使用了聚酰亚胺隔热垫。根据离轴三反光学遥感器及星载一体化卫星的结构特点,划分了主动加热区域,分配了加热功耗。由于遥感器对地观测频率低、工作功耗小、工作时间短,CCD焦面组件不设置散热面。根据遥感器的轨道参数和姿态,确定了3个典型工况并对其进行了仿真分析和热平衡试验。结果显示,遥感器本体温度为（18±4）℃、光学元件温度为（18±2）℃、CCD温度≤30℃,得到的仿真分析结果和试验数据验证了遥感器热设计的有效性。     

锂电池液冷结构设计与仿真分析

锂离子电池近年来被广泛应用于电动汽车之中,其对温度具有很高的灵敏度,温度过高会使得电池组电化学性能严重下降.采用双进双出的微通道液冷板换热器对电池进行热管理,为了优化液冷板的冷却性能分析了入口Re数、冷却液温度、流道宽度和流道进出口位置对电池组热性能的影响.结果 表明,在单体电池以3C电流倍率放电时该结构能够有效地将电...     

基于半导体制冷技术的LED前照灯散热器设计与优化

针对大功率LED汽车前照灯的结构、性能要求,提出了基于热电制冷效应的散热方案,并对不同类型散热系统散热性能进行了试验研究。结果表明:半导体制冷器对外部风扇风速或冷却液流速的敏感性分别高于风冷和液冷散热装置,模型一(风冷+热电制冷)和模型二(液冷+热电制冷)的制冷片最佳工作电流分别为3.0 A和5.0 A。当环境温度在极限范围(60~65℃)时,计算得到芯片的结温为55.5℃,光通量为1 458.8 lm。所设计的基于热电制冷散热系统可以满足使用要求。     

动磁式作动器电-磁-热-流耦合数值模拟

以二自由度动磁式作动器为研究对象,提出基于Maxwell与Icepak的电磁场、温度场、流体场耦合传递方法。将电磁场中的涡流损耗和铜耗映射到温度场,采用强制液冷对作动器进行散热设计,并与自然冷却的温升进行对比。分析冷却液流速对散热的影响规律,利用管内强制对流Dittus-Boelter关联式与数值模拟结果进行对比验证。结果表明,20℃环境下,自然对流散热和液冷强制对流散热的作动器的最高温度分别为137℃和22℃,液冷散热的温升仅为自然对流散热的20%,液冷散热热平衡时间缩短40%;对作动器温升实现有效抑制;冷却液最佳流速选择在1.6 m/s～1.8 m/s,在此范围内达到温升饱和区;冷却液在雷诺数5 000～11 000的湍流状态下,数值模拟结果与Dittus-Boelter关联式偏差控制在5%—10%,验证了数值模拟结果的正确性。     

旋转式斯特林制冷机热仿真分析与优化

旋转式斯特林制冷机在工作时会放热,主要包括压缩放热、驱动元器件放热和电机定子放热,放热引起的温升会影响制冷机和红外系统的性能。本文利用Ansys有限元软件对旋转式斯特林制冷机进行瞬态热仿真分析,得到制冷机各零件的温度分布。模拟结果表明,在对流换热系数为3 W/(m~2·℃)条件下,制冷机表面电机外壳温度最高,最高温度为外壳中心(36.85℃),沿压缩端、冷指端两个方向,温度逐渐降低。实验与仿真结果基本一致,证明了模拟方法的有效性。忽略对流换热,对制冷机进行散热仿真优化后,有效抑制了制冷机温升,制冷机整体温度降低约4℃。     

50+5kW双系统液冷源控制单元设计

设计了基于PLC控制器+触摸屏的双系统液冷源电气控制单元,通过一套控制单元采集两个液冷系统的温度、湿度、压力、流量等传感器数据,实现了对两个系统多样化智能自动控制,节省了成本。对关键控制对象进行了热备份和轮询设计,实现故障不停机自动切换,提高了设备可靠性。通过采集的温度和湿度计算出露点温度,解决了设备凝露问题,具有远程通讯和故障自诊断功能,实现无人值守。     

空间光学遥感器大功率控制电箱的热设计

根据空间应用电子设备的热控要求,对空间光学遥感器的控制电箱进行了热控设计。首先,总结了空间电子设备的热设计原则。针对空间光学遥感器控制电箱介绍了相应的热设计流程,对典型的大功率器件进行了温差推算,并说明了电箱的各电路板和大功率元器件的热设计方案。最后,通过热分析和热试验手段对热控电箱的热控方案进行了验证。试验结果表明：控制电箱的整机稳态工况热平衡温度小于30℃,各元器件的最高壳温在54.2℃以内。结果验证了该设计方案完全满足设计指标要求。     

基于光-热-结构模拟的罗兰圆型光谱仪热工况优化设计

针对目前紫外光谱仪热工况优化研究缺乏的问题,该文设计出一款探测范围为200 nm～450 nm、全波段分辨率不低于0.2 nm的罗兰圆光谱仪,并耦合光、热、结构模拟对其光室热工况开展优化研究。热仿真结果表明:在无加热、无入口风速下光谱仪底座温度、温差随时间不断增加,难以达到热平衡;优化光室入口风速,发现当入口风速为0.8 m/s时,整体温度降至36.103℃～39.859℃;基于光学器件间的热变形量的计算,光学器件截距总热变形量为0.203 mm;优化加热方式,发现顶层式加热方式最佳,整体温度降至34.241℃～36.139℃,光学器件截距总热变形量降至0.122 mm。对此进行光学仿真,结果表明,优化工况后的罗兰圆光谱仪工作热变形后可清晰分辨出两束波长相差0.2 nm的光束。     

锂电池叉流流道液冷结构设计及散热特性分析

为使锂离子电池组的散热达到更高的安全性,设计了锂离子电池组的一种液冷冷却模型,该模型采用两种流体进行冷却.对模型中不同雷诺数、不同微通道个数、不同微通道半径等条件下的电池温度分布进行了模拟研究.模拟结果表明:雷诺数对锂离子电池组的散热影响存在临界值;对各条件进行优化分析,优化后的液冷冷却模型在理论上能有效降低锂离子电池组的最高温度,与单体电池在2C放电倍率的工况下相比,锂电池最高温度下降了26.24 K,并改善了锂离子电池组的温度分布均匀性.     

喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性仿真分析及实验研究（英文）

为分析喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性,设计用于冷却复合陶瓷薄片的喷流冷却系统.利用湍流换热理论和计算流体动力学仿真方法建立喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的流固耦合热仿真模型,定义评价其冷却能力和冷却均匀性的定量参数.根据该仿真模型得到喷流冷却系统的最优设计参数,并进行实验验证.使用163孔喷板,流量为0.2kg/s,入口温度为20℃,在1 200 W泵浦时获得359 W激光输出功率,并测得复合陶瓷薄片上表面的最高温度为92℃.激光输出功率与复合陶瓷薄片上表面温度均与泵浦功率呈近似正线性关系,且温度的实验值与仿真值相符度较高.