微槽群相变与热电制冷结合的激光器冷却系统

本文运用微槽群复合相变和热电制冷(TEC)技术来实现激光器系统低温下的高热流密度散热.通过对不同工质在不同充液率下的实验研究发现,工质和充液率对系统的运行状况有重要的影响.在选用甲醇作为循环工质,并且在系统充液率为1.5的情况下,系统能够达到所需的散热冷却效果;本文实验分析了冷凝器的工作状况对蒸发器表面温度的影响,提出通过提高TEC制冷片的制冷量和强化铜散热片的散热能力来降低冷凝器的温度,进而降低蒸发器的温度.     

热电制冷LED自然对流散热的设计与优化

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能,以一款基于热电制冷（TEC）的单颗LED小型灯具模组为研究对象,在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上,建立了有无TEC参与散热的等效热路模型,并选择合理的数学公式对其进行性能描述,进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下,施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能;LED热功率越低,安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大,能满足LED更高功率的散热需求;当LED为0.493 W时,优化后结构的最佳结温仅为15.66℃,远低于30℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型,能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。     

离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较

建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑.     

热电制冷模组热端散热器性能优化研究

针对实际项目热电制冷模组进行了三维数值模拟,对比分析断槽数不同的四种典型散热器在不同电流、翅片厚度、断槽宽度下的散热能力,得到了性能较佳的工况与散热器模型.结果 表明,随着电流增加,热电制冷模组冷面温度不断降低,当电流超过一定数值时,冷面温度趋于平衡,热面温度急剧上升.四类散热器中,断槽数为一的散热器散热能力较佳,并对此类散热器的翅片厚度进行优化,在研究范围内,翅片厚度2.5 mm散热效果较佳.断槽宽度有临界值,断槽宽度值小于9 mm时散热器面积减小不会使散热能力减弱,反之大于9 mm时散热能力急剧衰弱,为实际工程的分析提供了借鉴和参考.     

热源塔热泵系统夏季工况优化运行实验研究

由于热源塔在冬夏季工况下的换热能力存在较大差异,按冬季工况设计的热源塔热泵系统,在夏季工况下运行时存在换热能力过剩的问题,影响系统性能。为解决上述问题,本文构建了热源塔热泵系统,实验研究了其冬夏季工况的性能差异。在此基础上,对夏季工况下的优化运行进行了实验研究,结果表明,通过调节空气和溶液流量,将热源塔的逼近度和冷幅分别控制在3.5℃和4.3℃,可使得系统性能系数由3.6提升至3.9,并对其节能机理进行了分析。     

GaN基白光LED的结温测量

用正向电压法、管脚法和蓝白比法等三种方法测量GaN基白光LED的结温,获得了较为准确的结温,误差可以控制在4℃以内.正向电压法在恒定电流的条件下,得到了正向电压与结温的线性关系;蓝白比法在不同环境温度和不同注入电流两种情况下,都得到了蓝白比与结温较好的线性关系.提出了蓝白比法可能的物理机制,提高环境温度和增大注入电流都会使结温升高,蓝光峰值波长也会改变,这两个因素都会影响荧光粉的激发和发光效率.降低结温需要考虑的主要因素有白光LED的接触电阻、串联电阻和外量子效率,封装材料的热导率,反射杯和管脚的设计,以及空气散热部分的散热面积等.     

强迫对流冷却圆柱体离散热源的构形优化研究

在强迫对流条件下,建立了导热基座上的三维圆柱体离散热源散热模型,以最高温度最小化为目标,以热源的高度比、间距比和半径比为优化设计变量,开展了构形优化研究。结果表明:等热源强度的热源阵列沿气流方向按半径由大到小、高度由低到高、间距由疏到密的布置可降低离散热源的最高温度,即多尺度非均匀分布的热源阵列,有利于防止热源烧蚀。对于一些特定高度比和间距比的热源阵列,当离散热源等半径时,而不再是热源半径沿气流方向逐渐增大或者逐渐减小时最高温度取得最小值。这说明,不是任意多尺度结构设计就可提高热源散热性能,而是不同几何尺寸间存在最佳配合即最优构形以达到最优散热性能。     

稳态平板法测量导热系数的若干影响因素分析

研究发现,热源温度和环境温度等因素通过试样的侧面散热影响平板稳态法测量导热系数的精度,散热铜板的上下表面散热功率不一致也将影响导热系数测量的准确性.用大空间自然对流理论对实验数据处理公式修正后,可有效减小侧面散热对测量的影响.在设计实验时应首先获得散热铜板的散热功率曲线,选择合适的散热铜板温度,而后通过综合考虑试样厚度和热源温度以控制传热温差,使测量时散热铜板温度处于最佳温度附近.     

半导体冰箱冷热端散热条件实验研究

半导体制冷器件是一种高热流密度元件,在红外测量、低温超导、生物医学、空间技术等领域有重要的应用,还可开发成专用制冷装置,适用于野外施工、勘探,考古以及郊游等户外活动食品饮料的保鲜,也可用于食品、饮料及医用疫苗等的冷藏。在给定工况下,通过改善半导体器件的冷热端散热条件,可使系统制冷量和制冷性能系数大幅提高。本文设计了实验装置,特别设计了8种实验工况对采用强迫对流换热和热端采用热管换热器散热的实际半导体制冷装置进行了实验分析,提出了改善半导体制冷元件散热条件的具体措施。     

Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材在交流过电流冲击下的失超及恢复特性研究

采用交流冲击实验装置测量了在不同交流过电流、持续交流工作电流及冲击时间情况下,不同散热条件下Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材的电压、电流和温度随时间变化曲线,分析了冲击期间和冲击后带材各参数变化及失超恢复时间与散热条件和冲击参数的关系。研究结果表明:带材在交流过电流冲击下的失超和恢复过程主要取决于冲击能量和冲击过后带材内发热与散热的竞争效应。     

开式单喷嘴喷雾冷却均匀性实验研究

针对高热流密度激光介质高效散热与均匀冷却技术需求,设计并搭建了以去离子水为冷却工质的开式单喷嘴喷雾冷却实验平台,实验研究获得了不同热流密度（16～110 W/cm2）、不同冷却工质流量（200～300 mL/min）以及不同喷雾高度（15～25 mm）下单相喷雾冷却换热系数及其冷却均匀性效果。结果表明:该实验工况下,不同热流密度条件下喷雾高度及工质流量对于单相喷雾冷却换热效率及温度均匀性影响显著;喷雾高度15 mm、工质流量200 mL/min时获得最大对流换热系数为5.93 W/（cm2·K）;喷雾高度15 mm、工质流量250 mL/min时面积20 mm×20 mm的热源表面温度均匀性最佳可优于0.6 ℃。     

甲醇基二元工质热管电池热管理实验研究

高效的热管理系统是确保动力电池高性能、长寿命和安全的关键。以热管为传热器件,选用纯水比例为5%的水-甲醇二元混合工质作为传热介质,充液率为30%。设计并搭建了实验测试平台,在环境温度20℃,3C放电倍率下,对比分析了无热管理系统、风冷散热和热管冷却三种散热方式下模拟电池表面温度分布。测试结果表明,1 476 s后,相比于无热管理系统,基于风冷的模拟电池表面温度降低了12.9%,基于热管冷却的模拟电池表面温度降低了28.0%;三种散热方式中基于热管冷却的电池热管理系统效果最佳,可将模拟电池最高温度和温差控制在35℃和5℃以内。     

基于热管相变传热技术的芯片散热数值研究

建立了高效相变传热的热管散热模组的物理模型并进行了数值求解。研究了是否加装热管、风量的大小、翅片的数量及间距对散热系统性能的影响,并得到了不同工况下芯片表面温度分布。研究表明,采用相变传热的热管散热器与铜管散热器相比,芯片的最高工作温度下降了23℃。电子芯片表面的最高温度随风量的增大而降低,但风量增大的同时,会带来风扇功耗的增大。在保持热管散热模组冷凝段长度不变时,翅片的数量存在一个最佳值,使得芯片的工作温度最低。     

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。     

基于ANSYS的芯片冷却器传热分析

针对微槽式芯片冷却器,建立三维仿真模型,分析其稳态工况下的传热情况,获得其温度和热应力分布.分析了五种不同结构形式芯片冷却器工作性能的影响,比较了纯铜和氮化硅复合物两种材质对散热性能的影响.结果表明,铜质冷却器散热性能较好,但内部热应力却高于复合材质冷却器.通过将原冷却通道分割成两个相同的小通道,可提高冷却性能,且应将...     

微型制冷系统性能试验研究

利用东元电机研制的微型压缩机和自发研制的螺旋管式蒸发器搭建了微型制冷系统性能测试试验台,进行了不同工况下微型制冷系统的性能测试.同时分析了环境温度,冷冻水温度、冷冻水质量流量对制冷系统性能的影响规律,得出了系统运行的最佳制冷剂充注量和最佳运行工况.     

EAST装置离子回旋加热天线电流带热结构分析

介绍了EAST装置新型离子回旋加热(ICRH)天线电流带的设计结构。通过对电流带实际工况的计算得出电流带的工作温度分布,以此来模拟实际工作条件下电流带的热载荷承受能力以及对电流带结构的影响。论证了在实际工况热载荷条件(0.2MW)下,电流带辐射面温度及电流带整体结构强度满足设计要求。     

稳态法测量导热系数的实验条件对比研究

在稳态法测量不良导体的导热系数实验中,研究了提高加热盘温度、降低环境温度和关闭散热风扇对实验关键参数、导热系数测量误差和实验时长等影响。研究表明,实验条件对稳态时散热盘的温度T₂和散热盘T₂时的冷却速率均有显著影响,对导热系数的影响主要与影响实验的系统误差有关。通过提高加热盘温度或降低环境温度,能够在测量误差影响不大的前提下有效缩短实验时长;通过关闭散热风扇可以降低面积修正引入的系统误差,但是实验时间延长。     

电动汽车冬季热负荷及制热调节特性研究

电动汽车制热调节特性主要受冬季负荷特性和热泵系统制热性能的影响,采用热平衡法对电动汽车不同环境温度不同车速下的冬季负荷特性进行研究,建立热泵系统仿真模型,通过仿真得到不同工况下热泵系统制热性能,在7、-7、-15℃三种典型实验工况下验证了该模型误差4%。针对实验车辆,联合负荷特性与热泵制热性能研究其调节特性,结果表明:在环境温度≥-12℃时,热泵系统可通过调节实现独立供热;在-20～-12℃之间,需PTC提供部分热量;在-20℃时,宜采用PTC单独供热。     

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介绍了EAST装置新型离子回旋加热(ICRH)天线电流带的设计结构。通过对电流带实际工况的计算得出电流带的工作温度分布,以此来模拟实际工作条件下电流带的热载荷承受能力以及对电流带结构的影响。论证了在实际工况热载荷条件(0.2MW)下,电流带辐射面温度及电流带整体结构强度满足设计要求。