高功率微波作用下三维结构中多物理场耦合过程仿真方法研究综述

电子系统暴露在高功率微波中,产生的多物理耦合效应会引发其性能降低甚至损毁。为指导其电磁防护设计,需要研究大规模电(磁)-热-应力耦合并行仿真方法。通过集成高性能并行计算框架和区域分解方法(domain decomposition method,DDM),可以实现超大规模复杂结构的高效数值模拟。在无源结构的电-热-应力耦合数值模拟中,每个时间步都需要反复求解电流连续性方程、热传导方程和热应力方程,场间通过焦耳热和温变材料参数实现耦合,当达到稳态后,进入下一个时间步;在射频无源结构的电磁-热-应力耦合过程数值模拟中,每个时间步内分别求解电磁场和热场,并通过耗散功率和温变材料参数实现场间耦合,当达到稳态后,根据温升计算热应力,然后进入下一个时间步。本文回顾了电(磁)-热-应力大规模并行仿真的实现方法,并列举了国内外科研团队在键合线阵列、系统级封装、微波滤波器等多种复杂结构的多物理场模拟方面的标志性成果。

基于谐波分析的封装-电路多物理场耦合仿真方法

场-路耦合仿真可以支持跨越芯片-封装-系统的多层级协同分析,多物理场仿真能够对多物理约束下芯片封装的信号完整性、电源完整性以及可靠性进行提前设计.因此,针对场-路结构的多物理场耦合仿真能够实现在初期对芯片封装的设计方案进行筛选和优化,是先进封装仿真技术最重要的发展方向之一.本文基于场-路耦合仿真和多物理场耦合仿真方法的最新研究进展,提出针对非线性场-路结构的频域仿真方法以及电磁-热耦合计算方法 .该方法能够解决基于时域仿真方法的场-路耦合仿真的长时间迭代问题,实现多物理约束下非线性场-路结构的电磁与热特性快速分析.计算结果验证了本文方法的准确性和高效性.

PIN限幅器微波脉冲热损伤温度特性

分析了微波对PIN限幅器的热损伤机理,基于器件物理模拟分析法,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了器件微波热效应模型,研究了频率为5.3,7.5,9.4GHz的微波信号作用下,器件损伤过程中温度瞬态变化规律和瞬态温度分布规律。结果表明:PIN限幅器尖峰泄露阶段器件温度上升较快;稳态限幅后温度上升缓慢;临近热击穿状态,器件进入热电失控状态,峰值温度快速上升,最终器件因温度过高烧毁;PIN二极管中的I区或P区与I区之间的结边缘处,较容易烧毁。对PIN限幅器进行大功率微波注入实验,器件损伤实验结果与数值模拟结果吻合较好。

冷却塔雨区的热力特性

本文首先通过不同淋水高度、淋水密度、过塔风速等的逆流及横流试验塔的热水试验,求出相应条件下的淋水水滴当量直径,再在工业塔的条件下,利用水滴散热公式,计算出雨区散热效果,化为无因次数-冷却数,作出图及计算公式.利用所给图或公式。

冷却塔的一个新的热力计算方法——用一维方法作二维计算

本文在对冷却塔雨区热力特性研究的基础上 ,进行了逆流式自然通风冷却塔的轴对称二维热力计算 ,计算了进风口高度、淋水分布等几个参数变化对冷却水温的影响 ,并给出了在均匀布水的条件下 ,用简单的一维计算替代复杂的轴对称二维计算的方法 ,为设计提供了一个既简单又精确的计算方法 .计算水温和工业塔实测结果非常一致 .

1880—2006年中国夏季雨带类型的年代际变化特征

利用1880—2006年中国东部地区夏季降水量及1951—2006年中国160个站夏季降水量和北半球大气环流资料,在夏季降水分型的基础上,研究了夏季雨型的年代际变化规律,分析了夏季各类雨型所对应的北半球500hPa环流场的主要特征。结果表明:东部季风区和西部区存在着20～40a左右的年代际振荡趋势,东北区则表现为明显的15a左右的年代际变化特点;东部季风区四类雨型东亚大气环流差异显著,西部区二类雨型和东北区二类雨型欧亚大气环流的配置基本都相反。

PIN限幅器电磁脉冲效应数值模拟与验证

基于电磁脉冲对半导体器件效应的电-热多物理场模型,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN限幅器电磁脉冲效应数值模型,研究了不同峰值功率的电磁脉冲作用下限幅器的输入/输出特性,以及大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系。模拟与实验结果表明:基于器件热效应影响载流子输运过程的电-热多物理模场型,模拟限幅器在大功率电磁脉冲注入下输入/输出功率的结果与实验结果吻合较好;模拟大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系式,与Wunsch-Bell半经验关系式符合较好。

自然风对空冷塔的不利影响及其改善措施

空冷塔已在我国北方地区发展起来，运行中遇到的一个突出问题就是大风对塔的不利影响，使机组不能保证满发．通过试验研究，文中提出了克服大风对海勒式空冷塔不利影响的工程措施，使在各种风速及风向时，对塔的冷效产生有利的作用．

硅烷化活性炭的表面性质

测定了活性炭经三甲基氯硅烷蒸气处理后比表面、比孔容、平均孔径等的变化;研究了硅烷化炭表面的润湿性质和吸附性质.结果表明,随活性炭与三甲基氯硅烷反应时间的延长,其比表面和比孔容急剧减小,而孔径分布和平均孔径无明显变化;硅烷化后炭表面的疏水性明显增强;硅烷化炭自水中对正丁醇的吸附量增大.

螯合物分解法制备ZnO微粉

利用螯（络）合物分解法制备了ＺｎＯ微粉，选用的螯（络）合剂有氢氧化铵、乙二胺四乙酸二钠和巯基丙氨酸。实验结果表明，由于Ｚｎ－ＮＨ３络离子的稳定常数小，所得ＺｎＯ粒子直径大。

基于爆破振动影响评价的深埋隧洞围岩二次喷护时期选择

二次喷护时期选择是隧洞新奥法施工中的重要课题,而爆破振动对二次喷护结构的影响是选择时需要考虑的重要因素。结合雅砻江锦屏二级水电站4#引水隧洞爆破开挖,采用动力有限元模拟和与现场监测数据对比的综合方法,研究爆炸荷载和开挖面初始应力瞬态卸荷耦合作用下不同龄期喷射混凝土的动力响应。研究结果表明：对于高地应力条件下深埋隧洞爆破开挖,爆破振动作用下混凝土喷层破坏是爆炸荷载和开挖面上初始应力瞬态卸荷耦合作用的结果,喷射混凝土破坏以剪切破坏为主;对于1~3、3~7、7~28天龄期的混凝土喷层,距掌子面安全距离分别是24 m、13 m和9 m。建议锦屏二级引水隧洞二次混凝土喷护施工滞后掌子面6个开挖进尺。

微波脉冲频率与重频对限幅器热损伤效应的影响

基于PIN限幅器的电路与器件物理混合模式(Mixed-Mode)模型,考虑大功率微波作用下器件的高温强电场多物理过程,模拟分析了频率及重频等微波脉冲参数对限幅器热损伤过程的影响,数值模拟结果表明,不同频率的微波脉冲损伤PIN限幅器存在"拐点"频率,"拐点"频率的微波脉冲附近需要更多的能量(脉宽)损伤器件;重频脉冲前一个脉冲作用后,器件峰值温度近似负指数关系快速下降,器件处于高温时更容易损伤,热积累效应使重频脉冲较单个脉冲更容易毁伤器件。

逆流式自然通风冷却塔通风阻力的研究

我国在设计自然通风冷却塔时,常用的计算通风总阻力系数的经验公式,设计单位普遍反映,计算结果偏大、不合理。根据计划要求,经过多年的摸索,通过试验和计算相结合,本文给出了自然通风逆流式冷却塔通风阻力的计算公式。

冬季北太平洋涛动和我国夏季降水

本文分析了冬季北太平洋涛动与我国夏季降水的关系。结果表明,当冬季北太平洋涛动偏强时,我国夏季主要多雨带位于黄河流域及其以北地区(即1类雨型);当冬季北太平洋涛动偏弱时,夏季主要多雨带位于黄河与长江之间,中心在淮河流域一带(即2类雨型)。据此建立了我国夏季1、2类雨型的预报判据。并进一步分析了北太平洋涛动遥相关型从冬到夏的演变过程及其对北太平洋地区海温异常的响应。

化学共沉法制备PbTiO_3微粉

钙钛矿型PbTiO_3是铁磁性材料,具有高居里温度,低介电常数和明显的各向异性参数,是一种有应用前景的复合材料成分。现已报道的制备方法有:混合氧化物法,溶胶-凝胶法,水热法和化学共沉法等。共沉法大多用TiCl_4、Pb(NO_3)_2等水溶性物质为原料,以水为溶剂,故成本低,便于使用稀溶液。但是,TiCl_4易水解,难以准确配制溶液,操作条件较繁琐,给制备粒径小、纯度高的微粉带来一定困难。为此,我们对化学共沉法做了改进,不用TiCl_4。

基于BP神经网络预测区域农业用水量

在农业用水量预测中,避开复杂系统的内部因素及其相互联系,只考虑产量、降水、非耕地耗水量和土地利用系数等影响因素。运用多层前馈网络的误差反向传播算法,通过输入输出因子规格化处理及因子的选取与修正,进行区域农业用水量预测。将BP神经网络训练方法用于典型区进行预报检验,最大相对误差在12%以下,所有结果从定性上都是一致的。

初夏西太平洋副高南北位置长期变化的成因及预报

利用月平均高度场和海温场资料，通过统计相关分析，探讨了初夏西太平洋副热带高压南北位置长期变化的规律及其成因，结果表明，初夏副高南北位置存在着１１年左右和３－５年的准周期振荡，这种周期变化分别与太阳活动、海洋下垫面和对流层上部位势高度场类似的周期振荡相吻合。太阳黑子高值年、赤道东太平洋暖水期、热带中东太平洋对流层上部位势高度偏高阶段，初夏西太平洋副高位置偏南，反之偏北。最后建立了６月份副高脊线的预报方法。

表面活性剂和聚乙烯吡咯烷酮在 ZrO_2 上的吸附对其悬浮体稳定性的影响

研究了水溶液中十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）、溴代十四烷基吡啶（ＴＰＢ）和聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）在ＺｒＯ２上的吸附及对ＺｒＯ２水悬浮体稳定性的影响．结果表明：ｐＨ＝２．４时ＳＤＢＳ在ＺｒＯ２上的吸附等温线为ＬＳ型，ｐＨ＝７．０时ＴＰＢ的吸附等温线为Ｓ型，吸附等温线与ＺｒＯ２粒子ζ电势变化曲线有大体一致的关系．在最大吸附量时ＺｒＯ２粒子ζ电势较大，且吸附的表面活性剂离子形成大部分亲水基朝向水相的表面胶团．这两种因素都使ＺｒＯ２悬浮体稳定性提高．ＰＶＰ在ＺｒＯ２上的吸附量较小，相对而言在带正电荷的ＺｒＯ２上比在带负电荷的ＺｒＯ２上吸附量和吸附层厚度大．在ＰＶＰ浓度很低时因吸附分子的“搭桥”作用使ＺｒＯ２悬浮体稳定性下降。

2,4-二硝基氯苯碱性水解胶团催化的活化能

研究了阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶（ＣＰＣ）和十六烷基三甲基氯化铵（ＣＴＡＣ）胶团对２，４－二硝基氯苯（ＤＮＣＢ）碱性水解的催化作用和小分子极性有机物丁醇的加入对该反应的影响，计算了反应活化能．结果表明：（１）ＣＰＣ和ＣＴＡＣ胶团对ＤＮＣＢ碱性水解都有明显的催化作用；（２）加入少量叔丁醇略有利于提高催化效果；（３）在ＣＰＣ和ＣＴＡＣ胶团溶液中ＤＮＣＢ碱性水解反应的活化能约为４９ｋＪ／ｍｏｌ，比纯水中的９１ｋＪ／ｍｏｌ低得多。

改性固体表面的吸附作用——甲基化硅胶的热稳定性和吸附性能

本文利用三甲基氯硅烷与硅胶表面羟基反应的方法制备了甲基化硅胶。测定了亲水硅胶和甲基化硅胶的热处理对其自四氯化碳中吸附乙酸的等温线的影响,并配合有热重分析(TG)和红外光谱(IR)的测定。结果表明:(1)甲基化后的硅胶对乙酸的吸附能力大大下降;(2)甲基化硅胶的热处理温度达500℃时吸附能力完全恢复到甲基化前的硅胶的水平,甲基化层明显开始破坏的温度为450℃;(3)甲基化硅胶高温处理后吸附能力得以恢复的主要原因是重新形成表面自由羟基。