卫星有源相控阵高热流微尺度器件热设计与验证

为解决卫星有源相控阵高热流微尺度器件散热和热试验验证难题,首先,提出T/R模块低温共烧陶瓷热设计优化方案,选择热通孔面积比为11.4%,并建立尺度比为800∶1的跨尺度热模型;其次,进行地面常压热平衡试验,利用红外热像仪测量器件温度;再基于热参数敏感性分析方法评估自然对流、热辐射和热传导有关参数对器件温度的影响,结果表明:对于特征长度为600μm的典型器件,接触热导对散热影响最大,而自然对流和热辐射影响均低于2%;基于常压热平衡试验数据修正热模型后的仿真与试验数据吻合良好,最大温度偏差1.7℃;高热流微尺度器件接触热导为16200 W/(m^(2)·K),预示真空下器件的最高温度为73.2℃,满足工程要求。研究结果可为卫星高热流微尺度器件热设计和验证提供参考。

垂直腔面发射激光器阵列的热设计研究进展

垂直腔面发射激光器(VCSEL)通常采用由小尺寸发光单元并联的2维阵列结构来提高输出光功率、改善激光光束质量,然而随着芯片尺寸不断缩小以及阵列集成度不断提高,由VCSEL单元自身功耗引起的自加热效应及各单元之间的热耦合效应将导致VCSEL阵列结温急剧上升,在热-光-电反馈作用下,将严重制约VCSEL阵列的光学性能及热可靠性,对VCSEL阵列热设计提出了迫切要求。在阐明VCSEL阵列产热机理的基础上,从热-光-电模型建立、热设计方法两方面归纳总结了VCSEL阵列热设计最新进展,并对热设计发展趋势进行了展望。

近地轨道高精度一体式星敏感器热设计及仿真验证

某型高精度一体式星敏感器指向精度高,对温度变化非常敏感。其所处近地轨道外热流复杂多变,一体式结构和内热源集中的综合因素不仅导致散热设计困难,而且镜头直接受到内热源发热影响难以保障指向精度。首先,结合轨道参数,安装布局获得星敏感器平均吸收外热流。然后,通过分析外热流与内热源工作情况,采用被动热控和主动热控相结合的热设计方法,并对星敏感器散热面的位置与大小进行设计与计算。最后,根据轨道环境和热控措施并利用热仿真软件进行热分析验证。仿真结果表明,安装法兰温度为19.82℃~20.10℃,镜头轴向温差小于2.23℃,周向温差小于0.48℃,电路盒温度为19.10℃~23.49℃,满足热控指标。通过合理的热控设计保证了极高精度星敏感器的稳定工作条件,星敏感器的热设计合理有效。

“巴遥一号”卫星双相机热设计及验证

针对“巴遥一号”卫星相机主体全寿命周期内温度应保持较高稳定性和均匀性的任务要求。通过建立热阻网络模型,分析热控设计的重点和难点,并提出有效管理热量传递和合理设计控温方式的方法;利用结构热控一体化设计解决双相机焦面电路高功率密度热量排散问题,采用直接与间接相结合的控温方式提高主光学结构温度稳定性。通过热仿真分析和热平衡试验验证热设计的准确性。相机入轨4年后1个月内的在轨温度变化显示,相机各部分温度水平和温度稳定性满足设计指标要求,镜头的温度波动范围在0.09~0.17℃,CCD的温度波动范围在0.93~4.30℃,表明相机热控设计合理有效。以上设计实践可为双相机一体化热控设计提供借鉴。

基于混合灵敏度的在轨组装望远镜CMOS组件热设计

针对某在轨组装望远镜CMOS组件与其他模块间存在复杂热耦合,且外热流变化剧烈,导致CMOS组件热设计难以确定最优参数的问题,本文提出了一种基于平均影响值(mean impact value,MIV)算法并结合传统回归分析Pearson和Spearman算法相互对比验证的混合灵敏度分析方法,开展CMOS组件热设计参数灵敏度分析,得到关键参数并完成热设计优化。相较传统遍历选取热设计参数方法,热设计参数数量由原始10个减少为2个重要及5个次要参数,参数选取更具有目的性,提升了热设计效率。仿真分析结果表明,CMOS轨道周期内温度波动1.6℃~25.4℃,热设计满足工作温度,验证了基于混合灵敏度分析方法的热设计可行性。

全固态风冷式激光器散热设计及优化

为了解决输出能量不小于220 mJ、重复频率40 Hz风冷激光器连续工作的散热问题,采用强迫空冷的散热方式,通过热电制冷器对巴条进行温度控制。设计了散热方案,构建了散热器的3维模型,利用热仿真软件对激光器散热情况进行热仿真,分析其优化结果并进行了实验验证。结果表明,在环境温度为55℃、重复频率为40 Hz、激光器输出能量大于220 mJ的情况下,设计制作的紫铜翅片散热器可满足激光器连续工作的散热要求,且有15%左右的设计余量;此热仿真方法与实际情况有很好的匹配效果,可用于后续的散热器设计指导。该研究为激光器更深层次的热设计提供了有效参考。

某高热密度风冷机箱热设计与仿真

论文设计了一种高热流密度强迫风冷机箱,为满足机箱总热耗800W的散热需求,通过风道设计、风阻计算、风机选型对机箱进行散热设计。同时,利用Ansys Icepak分析软件对机箱进行热仿真分析。结果显示,环境温度50℃下,机箱内部安装16个热耗50 W模块时,发热芯片壳体温度最高为71.4℃;机箱内部安装10个热耗80W模块时,发热芯片壳体温度最高为85.6℃,满足散热设计需求。机箱进出口温差约9.6℃,风机工作点合理,理论计算与仿真结果接近。

基于Flotherm的智能气测仪热设计

热设计是电子设备和系统可靠性设计的一项重要内容。基于Flotherm软件对SQZ-500智能气测仪中的烃组分分析机箱进行热分析和热设计,确定恒温箱的温度分布,计算恒温箱的散热功率,并确定风机的型号。应用Flotherm软件对烃组分分析机箱进行仿真,并通过实际试验验证设计的正确性和合理性。

电池分容设备的热设计与验证

电池分容化成设备总的热功耗大,充放电电流是化成工艺的数倍,受温度影响显著,更要求环境温度控制在±3℃范围内,因此热设计的好坏是影响分容化成设备工作性能的关键因素。分容库位的体积约1.98 m^(3),通过经验公式计算得设备单库位的总热功耗达到3.66 kW,根据GB/T31845-2015标准初步选择间接水冷方式散热。在考虑分容化成设备机械结构设计布局的基础上,对设备的风道进行初步设计。然后,借助CFD热仿真分析软件对分容化成设备进行热仿真分析,获得电池组、分容化成柜内环境温度和电子设备的温升与温差结果。CFD热仿真分析结果与实验结果相比,实际测试结果满足设计要求。考虑设备结构方便控制盒的大截面线缆的安装与维修要求,通过风机的合理布局与风道的优化设计,最终设计出满足产品结构布局与热设计的最佳方案,为同类型产品的热设计提供参考依据。

基于ANSYS Icepak的某便携式设备热设计

针对某便携式设备结构热设计,根据其使用环境条件要求,通过计算机箱表面热流密度及许用温升,确定机箱散热方式,选择适用风机,合理布局机箱内部各模块位置,确定机箱结构模型。利用三维建模软件UG对机箱样机进行建模,并结合ANSYS Icepak热仿真分析软件,对机箱进行热仿真分析计算,验证该机箱结构热设计方案的合理性、风机选择的适用性。该过程将理论分析与软件仿真相结合,极大地提高了电子设备结构热设计的效率及可靠性,为今后开展电子设备结构热设计提供参考。

固体激光器关键电子器件热设计与分析

固体激光器种子源等关键电子器件集中分布会造成发热功率较大,元器件工作温度上升可高达120℃,导致元器件损坏,样机无法正常工作。为解决这一难题,提出了关键电子元器件热设计的散热方案,采用散热器和鼓-抽风强迫风冷模式相结合的散热方式,优化样机自然散热和关键电子器件强迫风冷的布局,借助ICEPAK参数化辅助计算设计散热器结构,合理选择风机型号。优化设计后,在自然环境中对关键电子器件进行热仿真,仿真结果显示,采用散热器和强迫风冷散热方式相结合,元器件最高温度可有效降低到31℃,满足元器件使用要求。样机研制完成后,开展相关测试试验且均通过。

某多波段宽频段有源天线的机热设计研究

有源天线是相控阵雷达等微波设备的重要组成部分,现对某星载多波段宽频段有源天线的结构进行详细设计,满足结构设计原则,并具有良好的可装配性。对有源天线的散热方式、接触热阻等进行相关设计,并根据设计情况开展热仿真分析。此外,根据该有源天线的力学环境条件对其开展正弦振动、随机振动的力学有限元分析,计算出三个方向的应力值及安全裕度,结果表明,此结构设计下的有源天线应力水平远低于材料的许用应力。

SiC功率模块的液冷散热设计与节能分析

为综合评估SiC功率模块的液冷冷板散热效果,设计了串联、并联与串并联3种冷板流道结构,从器件温升、系统能效、散热性能3个方面共计10项指标评估了冷板性能,基于ICEPAK仿真分析了液冷系统流场与温度场的稳态分布特征,从节能角度给出了液冷散热方案的工程应用选择与优化建议。研究结果表明,冷板内部串联流道设计的温升与散热性能指标更优,但其能效表现系数仅为并联设计的1/5,散热表现的提升以增加冷板内部压力损失为代价,降低了其能效表现;3种流道设计下,冷却液流量由8.2 L/min提高至24.6 L/min,冷板的能效表现系数分别由1 275,6 407,1 425下降至53.2,258.3,60.6,故提高冷却液流量并非改善散热的首选。实际工程应用中,在器件的温升允许范围内,应优先选择冷板内部的并联流道设计与多冷板间并联的散热方案,以提高散热系统的节能性。

锂电池智慧储能巢热设计与仿真

对比了锂电池储能集装箱风冷与液冷2种冷却方案,结果发现液冷具有明显的技术方案优势和全寿命周期成本优势。通过对智慧储能巢和电池簇分别进行热仿真发现:锂电池自带的风扇在额定风量下运行效果较好,且电池簇间距对热仿真结果影响较小,但要考虑必要的安全距离;在满负荷放电时电池簇内的锂电池包间温度一致性较差,表明锂电池不适宜长时间满负荷运行;在部分负荷放电时电池簇内的锂电池包间温度一致性较好。

核磁共振系统用电子监控单元可靠性热设计及其仿真与试验验证

核磁共振系统用电子监控单元作为系统的重要单机,在全寿命周期内面临着很高的热风险。该文从结构设计、器件降额设计2个维度保证电子模块热设计的高效与可靠。为降低电子模块的热设计风险,全面验证电子模块热设计的有效性,采用仿真与试验相结合的方法开展设计验证。在仿真环节,通过建立电路板级的热仿真模型,数值计算得到核心器件的结壳温度,并将该指标分别与热设计指标值以及测试值进行比对,一方面验证仿真模型的正确性,另一方面验证热设计的有效性;在测试环节,通过搭建产品模块的热测试平台,获取模块在极限电气工况下,核心器件的热特性测试值,并通过相应的折算方法,预测产品在不同海拔下的热性能与热设计裕度。结果表明,产品模块在结构设计、核心器件降额设计等方面,均能满足热设计要求,可以确保电子模块在核磁共振系统全寿命周期内安全、可靠地工作。

高温环境对电子产品的影响分析及热设计研究

电子产品能够可靠运行,其关键因素是可以适应周围的环境条件。这些环境因素中,高温对大多数电子元器件带来严重的影响,会直接导致,电子器件的失效,进而引起整个设备发生故障。而要保证电子产品的可靠、稳定运行,除了要保证器件选型符合工作环境要求,还需要进行相应的热设计。本文首先介绍高温环境对电子产品的影响,分析电子产品在高温环境下产生的故障以及失效模式;为确定电子产品高温的适应性,介绍电子产品高温环境如何确定以及验证的方法;最后,介绍电子产品为保证其可靠性而采取的热设计的方法。通过对高温环境的影响分析,电子产品高温适应性设计及验证的介绍,以及热设计的方法,为电子产品高温环境的适用性及耐高温设计提供参考。

电池化成设备的热设计与仿真分析

电池化成设备总的热功耗大,化成工艺受温度影响显著,要求环境温度控制在±3℃范围内,因此热设计的好坏是影响化成设备工作性能的关键因素。通过公式对设备的总功耗、热流密度和体积功率密度进行计算实现散热方式的选择。在考虑化成设备机械结构设计布局的基础上,对设备的风道进行初步设计。然后,借助CFD热仿真分析软件对化成设备进行热仿真分析,获得电池组、化成柜内环境温度和电子设备的温升与温差结果。CFD热仿真分析结果与理论计算结果相比,风机的总排风量是理论计算的两倍。主要原因是柜内两个大功率控制盒的风向与主风道的方向相互垂直,不利于化成柜顶部的热量快速散出,但根据风机裕风量的选型要求,两倍风量选型也是满足风机降本设计要求的。考虑设备结构方便控制盒的大截面线缆的安装与维修要求,通过风机的合理布局与风道的优化设计,最终设计出满足产品结构布局与热设计的最佳方案,为同类型产品的热设计提供参考依据。

矢量喷管作动器热设计技术研究

随着航空发动机性能需求的不断提升,对发动机作动产品的环境温度要求也不断提高,文章以航空发动机矢量喷管典型作动器产品为研究对象,开展了矢量喷管作动器热设计技术研究。根据作动器所处的外部热环境开展相应的主动冷却散热设计,并对矢量喷管作动器进行热场仿真分析;在研究了冷却结构的散热效果及冷却流量的大小对作动器温度分布影响规律的同时开展了作动器的热环境试验研究,对比分析了仿真和试验研究的结果,验证了主动冷却结构的合理性,为类似作动器冷却结构和系统设计提供一定的参考和指导。

地铁车辆LCU热设计及仿真研究

逻辑控制单元(LCU)作为一种电子设备,其工作可靠性和使用寿命主要受到温度的影响。为了提高LCU的可靠性,延长LCU的使用寿命,结合热设计理论和北京地铁某项目LCU系统方案,对LCU热设计进行优化,并通过热仿真进行验证。

某雷达大功率阵面电源热设计及仿真分析

阵面电源是相控阵雷达阵面的重要组成部分,阵面电源具有功率大、热耗高、热源集中的特点。某雷达天线阵面为密闭环境,空气流动性差,对阵面电源的散热造成了困难,设计稳定可靠高效的散热方案是保证阵面电源正常工作的关键。通过分析阵面电源的散热需求,提出散热方案,详细进行结构设计和热设计,建立三维模型,并通过仿真分析验证了设计的合理性。