高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37℃时,散热功率密度达到了511W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂,散热功率密度达到了550W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3kW和连续激光功率100W的相变冷却二极管激光器模块封装。

V形槽硅微通道冷却器研制

报道了V形槽硅微通道冷却器的结构和主要制作工艺,研制了冷却器样品。性能测试结果表明冷却器在供水压力为2×105Pa时,封装面热阻尼系数为0.051 ℃·cm2/W,能够用于封装峰值功率密度达到1 kW/cm2、工作占空比大于10%的激光二极管面阵。其冷却能力与数值模拟结果较吻合,尚存在流量较小的问题,原因可能在于导流槽内存在较大的水头损失,同时与导流槽的结构有关。

跨临界CO_2汽车空调微通道气体冷却器的设计开发

基于平均温差法,调用REFPROP7.0确定超临界CO2剧烈变化的热物性,采用迭代方法对紧凑式微通道气体冷却器进行设计。选用近期发表的两个超临界CO2管内换热计算关联式进行设计计算,结果表明二者对气体冷却器的设计影响不大;CO2侧压降计算表明压降很小。文章阐述了有关试制工艺。

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10～1000μm。微通道具有高表面积一体积比、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CoventorWare^TM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2000pm×50pm×500μm的微通道。能够对500W／cm^2的热通量快速散热，热阻仅有0．0423K／（W·cm^-2）。

高功率二极管泵浦固体激光器研究的进展

对高功率二极管泵浦固体激光器若干新的进展。相关技术和潜在应用作了评述和分析。

微通道平行流气冷器流量分配的数值模拟

通过采用计算流体力学(CFD)的方法,对微通道平行流气冷器内部流量分布特性进行了仿真研究.在改变气冷器的主要结构以及组合尺寸后所进行的CFD研究发现,扁管长度、进口集管与扁管组合尺寸以及出口集管与扁管组合尺寸对气冷器内部扁管之间的流量分配不均匀度有很大的影响,这对将来微通道平行流气冷器的设计优化具有重要意义.

测量激光二极管条微沟道封装热沉的热阻尼系数

重庆师范学院应用物理研究室已经用自己的工艺制造出高功率激光二极管线阵的微沟道冷却封装组件。通过泵压一流量 ,耗散热一温升 ,激光峰位波长—压强差倒数等曲线的测量可推算出的该器件热阻系数随水力学功变化的公式。

基于微通道散热的大功率LED阵列的热阻研究

采用微通道致冷技术,设计了大功率LED阵列的外部热沉。针对直鳍片微通道结构的散热器,理论分析了影响其热阻的因素,推导了热阻表达式,并对微通道散热器的结构参数进行了优化,指出当通道宽度取某一数值时,散热器的热阻可达到最小。利用MATLAB软件,对LED的热阻与微通道散热器的结构参数和冷却液的压力关系进行了仿真,给出了直观的关系曲线。

980 nm High Power Semiconductor Laser Stacked Arrays with Non-absorbing Window

980 nm InGaAs/GaAs separate confinement heterostructure （SCH） strained quantum well （QW） laser with non-absorbing facets was fabricated by using thermal treatment. Microchannel coolers with a five-layer thin oxygen-free copper plate structure were designed and fabricated through thermal bonding in hydrogen ambient. The highest CW （continuous wave） output power of 200 W for 5-bar arrays packaged by microchannel coolers was presented.

微通道冷板导热性优化设计

根据热力学定律和热传导原理,推导了横截面不同几何参数微通道冷板热阻的解析表达式,分析了微通道横截面高宽比对换热性能的影响。文中不但研究了层流情况,也讨论了紊流条件下,总热阻与微小通道横截面几何参数之间的关系,使文章的结论具有广泛的实用性。按该理论模型设计的微通道,实验结果与理论分析有较好的一致性。

微通道冷却器的测试技术

对微通道冷却器的测试需求、测试方法、测试平台的构建及测试数据处理等问题进行了论述。

微沟道冷却器的散热分析

为增加激光二极管的发光功率密度，可把微沟道散热器看作数百个平行的微小翅片，建立一个微沟道散热的数学模型。以此计算出的泵压极限和热阻系数与文献〔１〕的实验结果一致。

超临界CO_2层积式微通道气体冷却器的研究

以自然工质CO2作为研究对象,对超临界CO2层积式微通道气体冷却器进行研究。在试验研究中,通过改变高压压力和冷却水流量,得到不同工况下的换热量与传热系数,发现换热量随水流量增加而增加,制热能效比(Coefficient of performance,COP)随冷却高压升高而降低。换热器总传热系数可以达到700 W/(m2?K),总换热量可达9 kW。理论分析得出了降低制冷剂测出口温度有利于提升水侧出口温度和COP,故利用有限体积法与TDMA方法结合编制模拟程序,选用合适的换热关联式对微通道气体冷却器进行优化。研究发现增加通道长、水侧水力直径和通道排数,减小通道间距,都能提高水的出水温度,并得到最优结构使出水温度达到60℃以上。

微通道节流制冷器热力学仿真及结构优化

建立了微通道节流制冷器系统热力学模型,通过对微通道换热器性能优化和所适配的节流结构设计,依据最小熵产法,提出了制冷器性能优化方法。对制冷器内部的流动换热进行了数值仿真,并对换热器的结构尺寸(长、宽、高)进行优化,得到了125 K制冷温度且质量流量在1—5 mg范围内换热器结构的最优设计参数。基于优化后的换热器结构,分别对节流结构进行设计,以满足系统运行工况参数要求。最后,将换热器的优化结构和设计的节流结构组成的微通道节流制冷器行系统仿真,对优化设计参数进行校核,校核偏差小于1%。

系统工况对微通道平行流气冷器换热性能的影响

以自然工质二氧化碳作为制冷剂的跨临界试验系统结合微通道平行流气冷器进行实验,在不同系统压力、质量流量等工况下对气冷器换热性能进行实验研究。结果表明:二氧化碳在超临界状态下换热随系统压力的增大而减小,扁管对流换热随二氧化碳流速的增大得到加强,同时也探讨了气冷器迎风表面温度分布情况。

用有限元法讨论光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的散热性能

多物理场耦合有限元方法被用来模拟光抽运垂直外腔面发射半导体激光器(OPS-VECSEL)内部的热分布情况,特别对OPS-VECSEL芯片帽层表面与金刚石散热片毛细键合(capillary bond)的情况做了计算。计算表明,在没有金刚石散热片的情况下,从窗口以下首个量子阱到末个量子阱的温差达到150 K;在有金刚石散热片的情况下,器件中各个量子阱的温差很小,其共振波长差只有几纳米;在芯片的分布式布拉格反射镜(DBR)一侧焊接有硅微通道冷却器的情况下,各量子阱间的温差进一步减小,器件性能得到最大改善。模拟计算也表明,在抽运功率不变的情况下,适当增加抽运光的半径,可显著降低器件的热效应,尤其热透镜效应。

菲涅尔聚光PV/T系统输出特性分析及优化

针对菲涅尔聚光引起的砷化镓电池温度分布不均问题,本文提出水冷螺旋式微通道散热结构,冷却GaAs电池,研究微通道长度、PCB板面积和流体入口速度对电池温度、出口流体温度及太阳能电池的光热、光电及综合效率的影响,并进行结构优化,结果表明,对于本文所研究单片砷化镓电池,选择面积为127×127 mm^2的PCB板,流道长度为6圈时的螺旋式微通道冷却结构换热效果最佳,且若得到可应用于膜蒸馏苦咸水淡化系统热源的65~70℃出口流体,入口流体速度应控制在0.52~0.58 m/s内,本文为菲涅尔高倍聚光PV/T冷却系统的换热特性试验研究与应用提供了理论基础。