微槽冷却热沉结构尺寸的优化设计

以热阻和压降作为2个目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。优化结果表明:微槽冷却热沉的结构形状对传热性能有很大的影响,与三角形和梯形结构相比,矩形微槽结构的传热效率更高。给出了2种加权系数情况下的优化尺寸,相应的微槽宽度分别为130μm和120μm,槽栅的宽度分别为176μm和350μm,微槽的高度分别为640μm和1000μm,相应的热阻分别为0.4857K/W和0.5094 K/W。对以上得到的优化结构的微槽冷却热沉的流体流动和传热进行了数值模拟,得到芯片的最高温度分别为358.34 K和361.52 K,完全可以满足工作芯片对温度的要求。

热阻网络模型在微槽冷却热沉优化设计中的应用

基于热阻网络模型,以热阻和压降作为目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。对于冷却尺寸为L×W=6 mm×6 mm,功率为100 W的芯片的热沉,优化后微槽宽度和高度分别为120μm和815μm,相应地总热阻为0.413 K/W。对优化后的微槽冷却热沉采用计算流体动力学(CFD)方法进行了数值模拟。模拟结果与热阻网络模型预测的结果吻合得很好。

集流环结构对淬火炉内两相流流场的影响

为了分析集流环结构对淬火炉内两相流流场的影响,以常压高速氮气和雾化水混合物喷射淬火炉内的复杂流场为研究对象,采用Mixture两相流数值模型,利用CFD数值模拟软件FLUENT对其进行了数值模拟分析。分析了不同集流环角度和尺寸时对淬火炉内的流场的影响。研究结果表明,淬火炉内的流场非常复杂,内腔、外腔及集流环附近存在回流。集流环的角度对出口流速影响较小,而集流环内部直径影响较大。数值模拟结果表明,所设计的淬火炉对淬火介质的流动具有加速作用,可以实现对试件的快速冷却。

陶瓷球栅阵列封装热致疲劳寿命分析

建立改进的整体与局部（global/local）相结合的有限元模型,并用模型对FF1152（1152-Ball Flip-Chip Fine-Pitch BGA）中的复合焊点用有限元软件MARC进行应力应变以及塑性功累积分析,确定了最危险焊点位置;同时根据以上分析结果,采用Darveaux等人提出的塑性能量累积方程,在循环温度0～100℃的加速失效条件下,预测危险焊点的热疲劳寿命,所得结果与国外相关文献数据相一致.首次利用Nastran软件的优化功能和手动拟合相结合的方法确定等效焊点的等效参数,与真实焊点的比较结果显示,等效的结果总体误差为3.01%,表明改进的三维有限元模型是非常准确而有效的分析模型,并可以用来方便地分析不同类型的SMT封装.

微纳卫星的微尺度传热问题及其解决方法

对微纳卫星中存在的微尺度传热问题及微尺度传热的研究现状进行了论述和分析.介绍了可以解决微尺度传热问题的几种微器件及其工作原理,提出可以应用于微纳卫星热控设计中的新材料和冷却办法.

常压高速水雾喷射淬火的冷却能力研究

在常压下将氮气和雾化水混合成不同比例的混合物以不同压力高速喷射对低合金刃具钢9SiCr进行淬火,测定混合物喷射淬火时的连续冷却曲线.研究结果表明,氮气-雾化水混合物淬火一方面可以提高淬火介质冷却效果,另一方面能够减小试件的变形和残余应力,是一种比较理想的淬火介质,同时具有气淬和水淬的综合效果.研究结果还表明,当氮气与雾化水的混合比不变时,随着气体压力的增加,混合物的冷却性能提高,冷却速率增加,冷却到室温的时间变短.在相同的压力下,随着氮气与雾化水的混合比增加,混合物的冷却性能也逐渐增加,冷却速率变快,冷却到室温的时间变短.

高热流密度芯片冷却用微槽道热沉的优化及数值模拟

分析了高热流密度芯片的冷却要求,对微槽道热沉的优化设计和数值模拟进行了研究.优化结果表明,矩形微槽道热沉的冷却效果最好,微槽道的宽度和槽栅的宽度分别为125μm和50μm,相应的热阻为8.252 K/W.数值模拟结果表明,芯片最高温度为360.482 K,优化的微槽道热沉完全可以满足高热流芯片对温度的要求.

非平衡分子动力学模拟晶体薄膜热导率

利用非平衡分子动力学(NEMD)模拟方法计算了氩晶体薄膜的热导率.当薄膜厚度达到微纳米量级时,热传导过程产生非Fourier效应,计算热导率的Fourier公式已不再适用,故采用松弛时间近似的Catta-neo方程求解热导率.计算结果表明,当薄膜尺寸达到微纳米量级时,热导率是温度的非线性函数.

钢纤维混凝土路面板结构温度应力的有限元分析

在复合材料混合物法则基础上考虑了钢纤维的分布与取向 ,给出了钢纤维混凝土的热传导系数、热容量系数及热变形系数的计算公式 ,并采用有限单元法建立了钢纤维混凝土路面板结构的有限单元方程 ,求解了钢纤维混凝土路面板结构的温度应力。结果表明 。

基于MEMS的微槽冷却系统在微纳卫星热控中的应用

介绍了基于微机电一体化系统(MEMS)的微槽冷却系统的研究成果。分析了将微槽冷却系统用于微纳卫星热控设计时的特殊要求。讨论了表征微槽冷却系统性能的水力学系统和传热性能。理论分析和数值模拟结果表明,微槽冷却系统可使大热流密度的热源芯片温度维持在较低的范围内,能满足微纳卫星热控的要求。研究认为,压降和热阻均较小的深槽可在小泵功率时提供较优的传热性能。

高热流密度芯片冷却用微槽道冷却热沉有限元模拟

对高热流密度芯片的冷却要求进行了分析,采用有限元方法对微槽道冷却热沉的传热性能进行了数值模拟.模拟结果表明,当芯片热流密度为1.28×106W/m2时,在给定边界条件下,芯片的最高温度为369.936K,因此微槽道冷却热沉完全可以满足高热流芯片对温度的要求.

钢纤维混凝土路面板结构温度场的有限元分析

采用Galerkin加权余量法建立了钢纤维混凝土路面板结构的有限单元方程 ,并分析了解的稳定性 .数值计算结果表明 。

钢纤维混凝土路面板结构温度场一种近似计算

利用Norsett近似计算公式求解了钢纤维混凝土路面板结构的温度场 ,文中没有考虑路面的表面换热系数及路表温度的变化 ,并将所得公式编程计算 .

矩形微通道热沉内单相稳态层流流体的流动与传热分析

采用解析方法分析了矩形微通道热沉内单相稳态层流流体的流动与传热.基于y方向流速和导热不变的假设,建立流体在矩形微通道内流动的流速方程和传热的温度方程,进而推导出Nusselt数和Poiseuille数的理论表达式.通过计算结果可以看出,推导的Nusselt数和Poiseuille数的解析解与其他文献的结果吻合较好,而且当宽高比趋于无穷大时,Nusselt数和Poiseuille数分别趋近于8.235和96,这与其他文献结果完全相同.在Reynolds数相同时,摩擦因数随着宽高比的增加而增加,而在相同宽高比时,摩擦因数随Reynolds数的增加而减小.

基于热阻网络模型的硅基微槽热沉多目标优化设计

微槽热沉具有传热效率高、可靠性强的优点,可用于对微尺度高热流密度电子元件进行冷却。为满足其性能需求和控制成本,在对微槽热沉进行设计时需要对其传热能力和流动阻力同时进行优化。传统研究采用的热阻网络模型较为简单,不能很好地反映热阻和流动阻力对微槽道截面形状拓扑变化的响应,且其优化对象通常为既定截面的形状尺寸。为此提出一种基于离散化方法的单层硅基微槽热沉热阻网络模型,将热沉鳍片细分为厚度较小的微元,根据微元热阻对微元宽度的响应及微元热阻对整体热阻的贡献来描述微槽道的整体热阻。以微泵输出功率为优化边界条件,压降和热阻为优化目标,通过SQP(sequential quadratic programming,序列二次规划)方法对层流状态下四边形等截面硅基微槽热沉进行尺寸优化,利用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)对优化结果进行模拟和验证。结果表明,当鳍片高度较低时,鳍片截面形状为矩形,随着鳍高增加,截面形状有向三角形发展的趋势。在设计区间内,微槽道截面为梯形、鳍片截面为三角形时传热效率与压降相对占优。用边界点法和理想点法优化模型求得微槽道高度、鳍底宽、槽底宽、槽顶宽的优化结果分别为500,50,64.5,114.5μm和500,50,50,100μm。该方法能根据设计需求调整评价函数,同时计算结果具有重要工程意义,为微槽热沉设计人员提供参考。

常压高速气雾喷射淬火表面换热系数

针对淬火过程中试件与淬火介质间的表面换热系数难于测量的问题,采用反传热求解方法,根据实验测定的试件表面的冷却曲线,通过非线性估计法和有限差分法计算表面换热系数随试件温度的变化规律。计算结果表明:氮气-雾化水混合物的冷却能力与水淬或油淬差不多。在氮气-雾化水混合物喷射淬火过程中,开始时的表面换热系数趋于平稳,在Ms点(170℃)附近,表面换热系数明显增加。马氏体相变过程中,相变潜热用于增加相变驱动力,从而克服相变阻力,完成马氏体相变。

微尺度热沉结构对非均匀高热流密度芯片的降温效能分析

利用有限元分析方法,对直槽道和圆形局部加密微针肋结构在相同入口压力下,均匀与非均匀热源的传热性能进行了比较。模拟结果表明:对于低雷诺数流动,在所取压力工况下,直槽道传热效率均弱于微柱群柱状热沉;对于均布热源,顺排微柱热沉的传热性能较好;对于集中热源,热源附近进行局部加密的顺排微柱群传热性能较好。

单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究

通过热流固耦合模拟分析得到了不同微通道结构热沉基底的温度场及微通道内速度场,研究了相同入流功率下不同单层微通道拓扑结构对中心有高热流密度热点芯片的散热能力。结果表明:相同入流功率(0.05W)下,不同结构的散热能力排序由高到低为Y分形、弯曲散射、直散射(双侧出流)、直螺旋、直散射(单侧出流)、圆螺旋、树状分形、直槽结构;采用中心入流可有效降低芯片中心热点附近的温度,对于中心入流的散射结构,采用对称出流结构可提升其流动传热性能;Y分形结构具有良好的流动传热特性,对于热源面和中心热点均具有良好的散热效果。

基于热阻模型的低雷诺数顺排圆形微针肋热沉多目标优化设计

利用离散方法建立了顺排圆形微针肋的离散热阻模型,根据文献结果选取适用于微尺度柱群绕流的压降控制函数,以减小热阻-压降为优化目标构建加权评价函数。通过MultiStart-Fmincon多目标优化算法,对层流状态下顺排圆形微针肋热沉的微柱间距、半径、宽度进行了优化设计,得到了不同权重下的尺寸优化结果,并用有限元分析软件对优化结果进行了模拟验证。结果表明,在选取的设计区间及工作环境下,本文提出的优化设计方法具有较好的合理性和精度。流场分析表明,柱间流速与过流截面积相关,迎水柱前后的流体压差较大且随微柱集度增加而增大,可通过二次设计提升迎水柱强度。

9SiCr合金刃具钢气雾淬火后部分性能分析

为研究新型热处理工艺——气雾淬火技术的特性,应用该技术对9SiCr钢圆柱体工件进行淬火处理,并对淬火后工件的硬度和组织结构进行分析。分析结果表明,经过气雾淬火处理后的工件,其硬度较淬火前有较大程度的提高,且内部硬度略大于外部硬度;淬火后工件内外都得到均匀的针状马氏体组织。