基于拓扑优化方法的蛛网散热结构均温性研究

仿生蛛网散热结构在高热流密度芯片散热方面有着广泛的应用,但仍然存在散热结构温度分布不均的问题。为进一步提升蛛网散热结构的温度均匀性,提出利用变密度拓扑优化方法对蛛网结构进行优化设计。以设计域温度方差最低为目标函数,采用霍尔姆兹密度过滤保证求解的数值稳定性,采用双曲正切投影保证清晰的流道形态,通过分析不同进出口布置和不同设计域形状下得到的拓扑流道的传热性能,发现多入口多出口且交错布置的方式能有效提高拓扑流道的均温性,且设计域边数在十以内其拓扑流道均温性呈上升趋势。最后,通过有限元分析的方法,对传统结构M1和不同设计域边数的三维拓扑重构结构M2、M3进行模拟仿真。结果表明,设计域边数为十的M3温度均匀性优于传统通道M1和设计域边数为六的M2,在Re=1800时,M3热阻相比于M1降低了18.48%,热源面温差相比于M1降低了25%,综合传热性能评价因子PEC值达到1.22。本研究提出并验证了拓扑优化方法在提升蛛网散热结构均温性方面的有效性,有助于推动拓扑优化方法在散热结构上的应用。

低沸点工质逆流连通微通道沸腾传热均温性的实验研究

本文提出了一种逆流连通微通道(CFIM),并使用低沸点工质R1233zd(E),与顺流微通道(CCM)和逆流微通道(CFM)进行了对比实验。结果表明:CFIM的均温性得到了显著改善,在质量流率429 kg/(m^(2)·s)和热流密度144 W/cm^(2)下,基底最大温差仅为3.7℃,比CFM和CCM分别降低了9.6℃和5.8℃;三种微通道的基底最大温差随热流密度的变化趋势都可以划分为单相阶段、沸腾发展阶段和沸腾充分发展阶段这三个阶段;沸腾状态下CCM和CFM的基底温度均呈现先升高后降低的趋势,而CFIM的基底温度最低点位于通道的中间位置,其它各点温度则较为接近。

大型板材真空退火炉多温区均温性控制研究

针对大型稀有金属板材真空退火炉加热工艺特点以及炉室容积大、加热温区多、检测与控制不一致性等,提出基于Fuzzy-PID的控温与均温策略,并进行了实际控温与均温控制测试分析。生产运行表明,系统实现温度高精确度和多温区高均温性的控制,对提高稀有金属板材的真空退火质量具有重要意义。

高温氢气环境蠕变持久试验装置的试样均温性控制

试验过程中,试样有效段的温度均匀性(即均温性)直接影响测试结果的可信性与精度.为此,从装置的热结构和温控策略两个方面入手以保证试验过程中试样有效段的均温性.通过分析原有热结构热场分布找出试样上段温度过高的原因,在密封钟罩顶端增加水冷结构以带走聚集热量;提出Fuzzy-PID混合控制策略,采用Fuzzy控制调整上、下段加热电阻丝输入功率上限,再结合传统PID控制实现加热过程中输入功率的智能控制.结果表明,相对原有热结构及传统PID温控策略新结构,Fuzzy-PID温控策略有效的提高了试样有效段均温性,将其上、下段温差控制在±1℃以内,满足蠕变持久测试需求.

石墨烯对液冷冷板均温性的影响

为了提高液冷冷板均温性能力,利用石墨烯导热率高的特点作为模拟热源的导热垫进行研究,对冷板换热能力进行了理论分析和数值仿真,并针对有无石墨烯导热垫进行了模拟热源测试。通过试验数据对比,得出石墨烯导热垫对液冷冷板均温性提升23.13%,为后续的T/R组件散热设计提供了理论支撑。

贯通式液冷模块均温性控制研究

随着微电子技术的迅猛发展,芯片的热功耗与热流密度越来越大,贯通式液体冷却技术逐渐成为解决此类芯片散热问题的主要冷却方式之一。在一些应用场景中,同一个贯通式液冷模块上对同型号的多个芯片的均温性有十分苛刻的要求。针对贯通式液冷模块中同型号芯片均温性的要求,以总热耗为200 W的贯通式液冷模块为例,给出了贯通式液冷模块内部均温性的方案、技术途径与测试验证方案。通过试验表明,在贯通式液冷模块上实施均温性方案,可将同型号发热芯片的温差控制在较低的范围,可以满足电子设备中对贯通式液冷模块均温性的要求。

差示扫描量热仪的炉体均温性研究

差示扫描量热仪(DSC)作为研究油脂成分及物化性质与热流、能量关系的分析仪器,被广泛用于油脂加工业以及对油脂产品的深入研究过程中。DSC中炉体的均温性直接影响其对油脂温度的控制精度,若样品不能被精确地控制在规定的温度范围,且均匀受热,将会影响分析结果的准确性。针对DSC的炉体均温性问题,着重研究了样品端与参比端的间距对炉体均温性的影响。仿真及实验验证结果表明:样品端与参比端的间距越小,炉体均温性越好;考虑到样品端与参比端之间因距离太近而产生的热干扰,样品端与参比端的最佳间距为12.5 mm。

标准黑体源用铜-R134a热管研制及均温性实验研究

针对热管倾斜放置时均温性恶化的情况,改进了黑体源热管结构,设计了一个标准黑体源用铜-R134a热管并进行了实验研究,测试了倾角、运行温度及充液量对其均温性的影响。以区域温度的标准差作为热管均匀性的衡量标准,实验发现倾角小于45°情况下,该热管倾斜的角度对热管温度的均匀性影响不大;热管温度均匀性随着热管运行温度的升高而逐渐变差;当热管运行温度在40~50℃时,热管温度均匀性随充液量变化不大。

热处理炉炉温均温性测试方法及结果评定

依据热处理炉炉温均温性测试的实例,对冶金行业热处理炉炉温均温性检测的目的、测试点的选择、检测方法及检测结果数据分析和评定进行了论述和探讨。

影响电阻式加热炉均温性测试的因素

本文主要介绍了影响电阻式加热炉均温性测试的各种因素及测量电阻加热炉均温性的方法。影响电阻加热炉均温性的主要因素有:电炉的加热体是否完好、温控仪的参数、炉体的密封性这些都会影响电阻加热炉的均温性。

三维集成微系统散热微通道均温性研究

针对微通道流体流动方向壁温温度梯度较大、热失配应力较大,从而导致三维集成微系统可靠性降低的问题,以数值计算的方式分析在不同流速(0.3~0.7 m/s)下4种热沉结构的均温特性。研究结果表明:混合式微通道热沉(H-MCHS)均温性最好,入口流速Vin=0.3 m/s时,壁温标准差σ=2.09 K。增加入口流速可改善均温性,流速从0.3 m/s增加到0.7 m/s时,H-MCHS壁温标准差σ减小50.70%。

大型厚壁筒体电磁感应加热均温性控制与参数优化

采用有限元方法对外径φ1900 mm,壁厚100 mm筒体外壁局部电磁感应加热进行模拟,基于该筒体现场电磁感应加热试验,设计了步进式升温调控方法,分析了不同感应加热参数对筒体局部热处理温度场的影响,得到了最佳感应加热参数。结果表明,根据技术要求,保温温度为595~620℃,选取φ20 mm直径的感应电缆,匝数为16匝,匝间距32 mm,外壁保温宽度为1460 mm,内壁全保温为最佳设计参数。感应加热的电流频率越大,筒体表面的升温速度越快。为了保持温度均匀性,建议合适范围内选取较小频率2 kHz。

端部圆角结构提升带针肋微通道热沉均温性

布设针肋的微通道因其具有较高的强化传热传质效率而得到了广泛应用,但针肋背风侧端部存在的局部高温区域和整体较差的均温性将会提升换热表面的温度梯度,产生额外扩展热阻,将在很大程度上影响系统的调制响应,以及设备的经济性和可靠性.为解决上述问题,本文提出了采用端部圆角结构改进带针肋微通道热沉均温性的研究思路,并详细分析了其周期性层流流动换热性特性,由结果可见,Re=0~120时该新型针肋强化了微通道内的展向和法向二次流,提升了外侧换热面和针肋表面的均温性,有效消除了针肋背风侧端部的局部高温区域,并且随着圆角半径的增加,上述效应逐渐增强,通道努塞尔数最大增加了16.93%;而与传统带针肋微通道热沉相比,该新型微通道的阻力系数并未明显增加,因此,通道综合热性能系数最大增加了16.22%.此外,随着Re数继续增加,圆角结构对通道换热性能的影响逐渐减弱.

基于深孔钻相变均温技术的散热器传热优化研究

针对非均匀热流密度、多个热源器件集成的热物理场散热需求,文章应用数值仿真和试验测试的研究方法,基于深孔钻相变均温技术,对一款轨道交通项目用散热器进行传热优化设计研究。首先,对比了深孔钻相变均温散热器在不同安装方向的温升性能,表现为其温升差异较小,不同工况下的温升波动幅度仅为1.6%~3.4%,这表明深孔钻相变均温散热器内部工质的相变传热过程具备良好的抗重力特性;其次,将设计优化的深孔钻相变均温散热器与同尺寸规格的常规铲齿散热器(原始方案)进行性能对比,结果表明:在相同工况条件下,相比于常规铲齿散热器,深孔钻相变均温散热器的温升可降低6.0~14.3 K,降幅达10.9%~13.8%;均温性最大降低26.3 K,最大降幅53.3%,温升控制与均温性均有大幅提升。将深孔钻相变均温散热技术应用于非均匀热流密度、多个热源器件集成的热物理场,其散热优势显著。

竖直铯热管传热特性的实验和数值模拟

近年来,有关中温铯热管的研究较少,主要因为铯热管造价昂贵且铯金属化学性质活泼,开展实验难度较大,因此通过数值模拟方法对铯热管启动特性与内部相变等过程进行分析预测具有重要意义。首先,本文开展铯热管冷启动实验,并基于目前的热管模拟模型,利用UDF建立蒸发与冷凝的自适应模型,对比实验热管稳态壁温与数值模拟计算壁温,最大温差小于20K,且较好地呈现了热管末端的温度突降,证明了模型的准确性。其次,基于竖直铯热管变功率冷态启动实验,模拟获得铯热管启动过程中热管壁面温度及内部工质相态分布的演变过程;并利用壁面温度的平均差数值评价有效长度上的均温性。最后,通过模拟研究改变热管蒸发段长度(200mm和120mm)、加热功率(1028.2W和844.4W)及充液率(8.8%、12%和15%),对比分析其相态分布、温度分布及压力分布;综合热管有效工作长度、壁面均温性、蒸发段液相堆积与干烧现象,分析蒸发段长度与充液率的最佳配比,为热管的优化设计提供基础。

改进间冷式酒柜内温度场均匀性的方案与效果

高品质酒柜的开发,需要能够保证酒柜内温度场均匀性的设计方法。本文对均匀输送冷量、避免冷气下沉、降低门体漏热、增强空气湍流等四个改进均温性的方向,提出风口布置、隔板布置、顶部风幕布置、风口方向设计这四种初步的方案;通过计算机仿真探讨各方案的效果及各方案优化组合的可能性。计算表明:优化组合四种方案可达到最佳均温性能。将该优化方案应用于某品牌389 L酒柜进行均温设计,样机测试结果显示:在环境温度为32℃,柜内设置温度为8℃的工作条件下,酒柜内最大温差由12.6℃降低至2.0℃,说明该优化方案可有效地提高酒柜的温度分布均匀性。

基于模块化仿真的酒柜均温设计方案与实验验证

为了提高压缩机制冷酒柜空间温度分布的均匀性,本文提出了一种基于模块化仿真的酒柜均温设计方法。首先该方法将酒柜整体风道按功能划分为酒柜空气温度场模块和风道系统模块,然后根据均温设计要求对各模块进行优化设计,最后通过计算风道流量阻力特性对风道系统进行性能校核。实验验证表明,本文提出的基于模块化仿真的设计方法可用于实际酒柜设计,酒柜空间内温差范围控制在2℃以内。

液冷系统中均热板气液相变的热质传输模拟

为提高电池热管理液冷系统的均温性,研究一种铝槽式均热板和直流式液冷板相结合的复合液冷系统,并建立相应的三维传热模型。采用Volume-of-fluid(VOF)多相流模型,模拟均热板槽道内丙酮工质的气液相变过程,以及与液冷流道的耦合传热过程,并将模拟结果与实验结果进行了对比,验证了模型的正确性。研究结果显示,均热板可以提高液冷系统散热过程中的均温性,加热表面的温差可以控制在2.72 K以内。通过机理分析发现,其原因与均热板内部气液工质的热质传输过程有关。在液冷系统冷却液沿程温升的影响下,均热板腔室中的丙酮气相工质在长度方向上存在定向输运现象,相变产生的蒸汽会携带热量从高温区往低温区流动,从而抑制液冷板低温冷却水对加热表面温度分布的影响,提高了均温性能。

基于均温技术的走行风冷热管散热器性能优化研究

针对传统地铁走行风冷直管热管散热器在地铁低速运行时存在过热风险较高的现状,提出了一种可有效解决这一问题的新型热管散热器。基于均温技术,应用数值仿真和试验测试的研究方法,采用"L型"热管和均温管在原有直管热管散热器基础上进行优化,并在某地铁线上进行现场试验验证。试验结果表明,采用了"L型热管+均温管"的散热器成功解决了传统地铁走行风冷直管热管散热器在地铁低速运行时过热问题,可适应各种工况,在确保安全稳定运行的同时,减重增效非常显著。

非均匀热物理场强迫风冷传热优化设计研究

针对某大功率、高热流密度梯度、非均匀热物理条件的集成模块,基于均温技术进行传热优化设计研究,应用数值仿真和试验测试的研究方法,将初始无热管方案、倒装方式均温热管方案和正装方式均温热管方案进行对比。结果表明,在相同的风速工况下,倒装方式的均温热管方案相对初始无热管方案散热器温升减小10.3~11.0 K,最大降幅达18%,均温效果最大提升32.5%;相对于倒装方式的均温热管方案,正装方式均温热管方案在温升方面可进一步减小6.9~9.4 K,最大降幅达19.3%,均温效果进一步提升83.6%,传热效率非常显著。