主动冷却点阵夹层防热结构温度响应计算模型北大核心CSCD

针对点阵夹层结构主动热防护问题,建立了夹层结构面板和芯体导热与冷却剂对流耦合的非稳态传热理论模型,利用有限体积法离散控制方程并在MATLAB中进行了迭代求解.模型首次考虑了面板与夹芯杆之间的收缩热阻,并利用分离变量法得到了收缩热阻的近似解析解.基于单胞模型和周期性边界条件,模拟得到了模型所需的表面对流传热系数h_(b)和h_(fin).最后,选取多单胞计算工况进行数值模拟和理论模型对比,并讨论了收缩热阻对模型预测精度的影响.结果表明:理论模型能够准确预测夹层结构及内部流体的温度变化,理论与仿真之间的最大误差不超过1%;随着外加热流密度不断增大,忽略收缩热阻使得计算结果造成的误差不断增大;与数值模拟相比,理论模型可显著地减少计算时间并节省计算资源,尤其适用于非均匀、非稳态复杂热载荷下点阵夹层结构的温度响应计算.     

Normalized Dynamic Characterization and Application of Multiple Heat Storage Materials Based on Standard Thermal Resistance北大核心CSCD

基于标准热阻和能量流法,推导出储热材料与换热流体的瞬态换热热阻,通过类比电路分析法,获得了储热-换热过程的瞬态热量流模型及动态响应时间常数。进一步引入节点温度,重新定义换热热阻,获得了储热与换热过程耦合的三阶电路瞬态热量流模型,求解得到了加热、储热和释热三类时间常数,可用于协同表征储热材料中储热与释热的快慢程度,从而实现了多类储热材料的归一化动态表征。通过数值模拟验证与应用对比分析,发现基于多时间常数的归一化动态模型用于表征储热材料的动态特性是可行的,可直接对不同换热、储热材料进行对比分析。案例分析发现与固体储热材料换热时,液态金属的动态换热能力优于熔融盐,而相比于水蒸气和CO₂,空气与陶瓷材料换热能更快达到稳态。     

涡流发生器污垢特性实验台的设计

为了研究涡流发生器的污垢特性设计了一个能够在线监测温度、流量以及压差进而可以直接得到污垢热阻的实验台。通过验证实验、准确性分析与误差分析,验证了实验台设计精度在允许的误差范围内。示例实验结果表明实验台具有研究涡流发生器的污垢特性、压力特性以及换热特性的功能。     

含高温度梯度及接触热阻非线性热力耦合问题的谱元法

建立了含高温度梯度及接触热阻的非线性热力耦合问题的谱元法格式, 考虑了温度相关的热导率、弹性模量、泊松比和热膨胀系数, 以及界面应力相关的接触热阻的影响. 谱元法的插值函数基于非等距分布的Lobatto结点集或第二类Chebyshev结点集, 兼具谱方法的高精度和有限元法的灵活性. 数值算例表明, 建立的谱元法计算格式可以高效高精度地求解域内高温度梯度以及含接触热阻的非线性热力耦合问题, 不仅收敛速度快于传统有限元法, 而且用较少的自由度和较短的计算时间即可得到比传统有限元法更高精度的计算结果, 在工程实际热力耦合问题中具有广阔的应用前景.      

污垢热阻动态监测装置及其传热计算方法的研究

介绍了污垢热阻动态监测装置的构成及特点.根据传热学基本原理,对该套装置进行了光滑管对流换热性能测试,结果表明两侧流体热平衡最大偏差小于10%,实验结果与经验公式计算的Nu数相吻合,其最大偏差小于l0%.用该装置进行换热表面污垢的动态自动监测,可以得出准确可靠的实验结果.     

脉动热管的毛细管结构和尺度效应实验研究

脉动热管的毛细管结构变化如何影响其性能是研究者关注的问题.本文对毛细管截面为正方形和正三角形,水力直径范围为1 mm左右的回路型脉动热管的传热性能进行了实验研究.结果表明,角管脉动热管的倾角变化时,底加热明显优于顶加热;三角形截面脉动热管的热阻比正方形截面脉动热管的热阻更低.脉动热管在水力直径为1.5 mm时比1mm时的性能要好.实验研究为理论分析打下了基础.     

基于拉曼热测量技术的铜基复合物法兰GaN基晶体管的热阻分析

采用拉曼热测量技术结合有限元热仿真模型,分析比较新型铜/石墨复合物法兰封装与传统铜钼法兰封装的GaN器件的结温与热阻,发现前者的整体热阻比铜钼法兰器件的整体热阻低18.7%,器件内部各层材料的温度分布显示铜/石墨复合物法兰在器件中的热阻占比相比铜钼法兰在器件中的热阻占比低13%,这证明使用高热导率铜/石墨复合物法兰封装提高GaN器件热扩散性能的有效性.通过对两种GaN器件热阻占比的测量与分析,发现除了封装法兰以外,热阻占比最高的是GaN外延与衬底材料之间的界面热阻,降低界面热阻是进一步提高器件热性能的关键.同时,详细阐述了使用拉曼光热技术测量GaN器件结温和热阻的原理和过程,展示了拉曼光热技术作为一种GaN器件热特性表征方法的有效性.     

金刚石衬底上GaN HEMT沟道温度建模:各向异性且非均匀热导率的影响

为了改善GaN HEMT的自热效应,集成高热导率的金刚石衬底有助于增强器件有源区的热量耗散。然而,化学气相淀积(CVD)生长的多晶金刚石(PCD)具有柱状晶粒结构,导致了各向异性的材料热导率,且其热导率值与生长厚度有关。为此,通过建模金刚石生长过程中晶粒尺寸的演变过程,计算了金刚石沿面内和截面方向的热导率。基于该PCD热导率模型,利用计入材料非线性热导率的GaN器件热阻解析模型,计算得到了GaN HEMT沟道温度的波动范围,并分析了其与器件结构(栅长、栅宽、栅间距、衬底厚度)和功耗的依赖关系。最后,通过与有限元(FEM)仿真结果对比,分区域提取了GaN HEMT器件中PCD衬底的有效热导率,分别为260~310 W/(m·K)和1 250~1 450 W/(m·K)。本文的计算为预测金刚石衬底上GaN HEMT器件的沟道温度提供了快速、有效的方法。     

4~20 K 温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、 超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度, 固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差, 进而增加制冷机系统冷损. 为定量探究4~20 K 深低温区固体接触热阻, 采用GM 作为冷源, 设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台. 利用感压纸进行接触界面压力校核, 并对温度重复性进行验证. 实验测试了不同导热介质填充情况下, 温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律. 基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合, 获得4 ~20 K 温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.