激光器件 半导体激光器

TN248．4 2005042538 大功率半导体激光器叠层无氧铜微通道热沉=Oxygen- free copper microchannel heat sink of high power semicon- ductor laser[刊,中]／刘云(中科院长春光机所激发态物理重点实验室,吉林,长春(130033)),廖新胜…／／发光学报,-2005,26(1),-109-114 建立了叠层无氧铜微通道热沉的散热模型,通过理论计算和近似分析,优化了微通道热沉的结构参数;在t= 200μm,ωc=60μm,ωf=100μm,p=2．2×106 Pa时,可获     

岐管式微通道冷却热沉的三维数值优化

微尺度传热是近几年来发展起来的一种重要传热技术,广泛应用于高集成度的电子器件的冷却。大功率半导体激光器的热沉积是限制其性能发挥和功率进一步提高的瓶颈。本文研究的热沉用于冷却一种以半导体激光条阵列为泵浦的大功率激光器,其10 mm×1 mm半导体激光条表面的热流密度高达400 W／cm2。本文对以无氧铜为材料、以水为冷却介质的微通道热沉的结构尺寸进行了优化设计。结果表明,热沉结构对热阻、泵功、半导体激光条表面温度分布有重要影响,其中微通道进出口宽度对泵功的影响最大。     

高功率半导体巴条激光器的热特性分析

对采用5层叠焊的微通道无氧铜热沉冷却的巴条激光器进行了流体动力学(CFD)分析。建立了条宽10 mm、腔长1.5 mm巴条芯片的流固耦合共轭传热模型,得到了不同流量水冷下激光器的热阻和压力损失曲线。分析了300 m L/min水流时,激光器的温度分布和冷却水的流动性能。实验条件下,测试了该微通道热沉封装的808 nm巴条激光器的热阻和压力损失。数值计算和实验测试所得的结果一致,在300 m L/min水流下,巴条热阻为0.38℃/W,在温度不高于70℃时可满足连续模式下90 W的散热要求。     

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。     

高功率二极管激光器模块式微通道冷却器研制

针对高功率二极管激光器(DL)的散热需求,对不同结构的微通道冷却器进行了模拟散热计算,优化了冷却器的结构参数.冷却器采用Cu-WCu合金复合结构,由多层金属片焊接而成,其内部散热片采用具有高热导率的无氧铜制作,上、下表面采用硬度高,热导率也较高的WCu合金制作.这种结构不仅避免了无氧铜较软、面形和棱边质量难控制的缺点,还可提高冷却器的强度,使冷却器可以做得较薄.冷却器外形尺寸为25.0 mm×12.0 mm×1.5 mm.使用连续二极管激光器板条和模拟热源对不同内部结构的微通道冷却器的热阻进行了实验测量,冷却器的热阻为0.4～0.8 K/W.研制的模块式微通道冷却器可满足连续50 W或脉冲功率120 W(20%占空比)的高功率二极管激光器板条的散热需求,堆叠的二维叠阵DL可以很好地用作高平均功率DPL的泵浦源.     

激光二极管高效铜微通道冷却器设计

 通过对铜微通道冷却器的散热分析，设计出５层结构的模块式铜微通道冷却器。采用常规的线切割工艺加工，散热通道宽大约200μm，深300μm，各层间用真空钎焊的方法组装。该冷却器对于腔长06mm、宽10mm的线阵激光二极管芯片热阻为0.58℃/W。通过面阵激光二极管封装实验证明，该冷却器可用于10％占空比工作的面阵激光二极管封装。     

多孔肋微通道相变微胶囊悬浮液的传热分析

为了提高微通道热沉的水力性能和热力性能,采用等效比热容法对相变微胶囊悬浮液在固体肋和多孔肋微通道热沉内的流动与传热特性进行研究。结果表明：多孔肋可以使微通道热沉的压降显著降低,对热阻的影响随微通道内冷却剂流动距离变化。相变微胶囊悬浮液相变吸收潜热可以减小微通道热沉的热阻,但是粘度增大使得压降增大。多孔肋和相变微胶囊悬浮液都能提高微通道热沉的综合性能,相变微胶囊悬浮液在多孔肋微通道热沉中比水在固体肋微通道热沉中的综合性能提高了14%。     

基于机器学习方法的微通道热沉性能预测研究

本文提出使用机器学习方法快速准确地预测歧管–二次流混合结构微通道热沉的泵功率和总热阻。将混合结构微通道热沉的结构特征参数进行了无量纲化,利用计算流体动力学的方法获得数据集。测试了不同机器学习算法在混合结构热沉性能预测任务上的表现。结果表明在数据集有限的情况下,随机森林算法能准确地学习到无量纲结构参数与泵功率和总热阻之间的映射关系。本文研究结果将有助于微通道热沉的优化设计。     

高功率半导体激光器微通道热沉的方案设计

 对用于高功率半导体激光器的叠片式微通道热沉进行方案设计,利用计算流体力学和数值传热学对各种方案进行数值仿真,研究了微通道的特征尺寸和流量等因素对冷却效果和流动阻力特性的影响,一般情况下,减小微通道的特征尺寸和增加冷却水的流量可以降低传热热阻,但增加了流动压力损失;另外对金刚石热扩散片（次热沉）的效果也进行了数值计算,计算结果表明:金刚石热扩散片在该类型问题中降低温度作用明显。     

微通道冷却器的数值分析

微通道热沉是制作在硅芯片基底背面的微细通道,其水力直径范围为10～1 000 μm.微通道具有高表面积-体积比、低热阻、低流量等特点,是一种高效散热的解决方案.一个典型应用是激光二极管列阵的致冷.然而,微通道里流体的状态和传热与宏观状态相比有很大不同,有必要开展进一步研究.论文采用商业软件CoventorWareTM建立一个平板式微通道的有限元模型,据此对微通道中流体状态及传热进行了数值计算,获得了单个微通道中流场和温度的分布.结果表明,对于2 000 μm×50 μm×500 μm的微通道,能够对500 W/cm2的热通量快速散热,热阻仅有0.042 3 K/(W·cm-2).     

热辐射演示实验的再改进

分析了热辐射实验的原理,提出了使用玻璃密封系统和用电热炉作热源的改进方案.     

判断热力过程吸热与放热的一种简便方法

本文给出判断热力过程吸热与放热的一种简便方法，并作些有意义的讨论。     

地源热泵地下换热系统的实验研究

地源热泵地下换热系统对于地源热泵系统的稳定运行和地源热泵系统的投入成本起着关键的作用.为了对地下换热系统换热效果和周围土壤的温度场进行实验研究,我们在北京工业大学高科技能源楼建立了一套包含60套不同结构地下换热系统的实验台.利用温度及流量测试装置获得运行过程中温度变化并计算换热量,探求不同结构地下换热系统的换热情况.本实验台还可以收集系统运行过程中地下换热系统的传热温度扩散半径,实验系统不仅为地源热泵的设计提供了数据,而且为地源热泵的深入研究提供了平台.本文给出的部分实验结果证明,根据当地地质情况、负荷需求及系统运行模式配置能源井是至关重要的.     

微方肋冷却系统的换热特性

采用去离子水为冷却介质,对自行设计的不同结构微方肋散热器内的换热特性进行实验研究,结果表明:在进口温度为20 ℃、进口流量为57.225 L/h、底面平均温度为73.4 ℃时,散热器散热量可达2.83106 W/cm2,可以满足当前高热流密度散热需求;当散热面温度一定时,散热量随着散热器进口流量的增加而增加,但增速随散热器底面温度的增加变缓;努谢尔特数随雷诺数的增加而成幂次方增加,常规针肋结构和微针肋结构换热关系式不满足微方肋散热器特性。为了更好地表达微方肋散热器内的换热特性,拟合了微方肋散热器内对流换热关系式。     

高炉冲渣水余热回收的可行性研究

根据高炉冲渣水的余热特点,提出了一个采用分离式热管换热器的余热回收的方案。文中对余热回收方案中换热设备的结构特点进行了描述。     

非均匀弦的驻波实验

用自制的线密度为ρ（ｘ）＝ａｘ形式的非均匀弦进行驻波实验，取得较好效果，它可以作为对原有的均匀弦驻波实验的改进或开放性实验安排到普物实验中去。     

从能斯特定理导不出绝对零度下热容量的零极限

证明一些文献从能斯特定理终结式导出等容热容量和等压热容量在绝对零度下的零极限limT→0CV=0和lTi→0mCp=0的有关推导不成立,并证明不可能从能斯特定理或其终结式导出这些结论.但如果把普朗克的绝对熵原理作为热力学第三定律的基本表述形式,则由此可以导出等容热容量和等压热容量的零极限.     

混合法测量比热容的两个不可忽视的问题

文章论述了温度计浸在水中的体积和热交换时初始时温度是测量中不可忽视的问题     

地热换热器的传热分析

本文综述了作者近年来在地热换热器传热模型方面的研究:提出了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型,考虑流体工质在深度方向上的温度分布,给出钻孔内热阻的解析表达式;求得有限长线热源在半无限大介质中的瞬态温度响应解析解;导得了有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解。以上工作改进和深化了国际上现有的地热换热器传热模型,并已应用于工程设计和模拟。     

喷雾冷却换热机理和影响换热性能的因素

 基于目前国内外相关研究结果,分析了喷雾冷却的传热特性,阐述了喷雾冷却换热机理,给出了强化方法,研究了影响换热性能的因素,并给出一些理论临界热流密度（CHF）模型。最后结合高功率激光器件的散热需求,提出了喷雾冷却的发展方向。