一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建模,保证低损耗输出,采用导热垫加微流道散热板达到了良好的散热效果,实现模块高功率输出;对模块的微波垂直互连结构和散热进行建模和仿真。测试结果表明,在14~18 GHz内发射通道饱和输出功率大于40 dBm,接收通道增益大于21 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸仅为14.0 mm×14.0 mm×3.3 mm。该模块在兼顾高集成度的同时性能指标得到了进一步提升。

太阳能供暖用蓄热-散热复合型睡床热特性研究

为了研究太阳能在蓄热和建筑供暖方面的应用,设计了一种新型的集蓄热与散热于一体的复合型睡床,其特征是在床下设置蓄热水箱并在水箱上表面与床板之间设置可启闭的水平空气层。对复合型睡床进行动态热特性和影响因素研究。结果显示:(1)基本条件下(水箱尺寸长为2 m、宽为1.2 m、高为0.3 m,水箱表面温度35℃,床板与水箱之间的水平空气层厚度为20 mm),睡床总散热量为289.8 W,其中水箱上表面散热占比47.6%,侧面散热占比52.4%。床板上表面温度为21.1℃;(2)睡床总散热量随着水平空气层厚度的增加而增加,床板上表面温度随着水平空气层厚度的增加而降低,水平空气层厚度由20 mm升至50 mm时,总散热量增加了36.0%,床板上表面温度降低了2.1℃;(3)睡床总散热量与床板上表面温度均随着水箱表面发射率的增加而增加,水箱表面发射率由0.3升至0.9时,总散热量增加了30.5%,床板上表面温度提高了0.8℃。

基于多场耦合的无线电侦扰一体主机散热特性分析

针对无线电侦扰一体主机因高度集成引起的高热流密度导致散热难的问题,通过分析整机的散热路径,构建传热网络图;应用传热学和流体力学理论,建立主机热−流−固耦合散热数学模型;基于ANSYS Icepak仿真平台,构建主机的三维全尺寸数值模型研究其散热特性。结果表明:当风扇风量约为56 m^(3)/h时,无线电侦扰一体主机的散热性能较好且噪声较小;当电源箱的热源同侧分布,侦扰箱和导航诱骗箱的热源异侧分布,且热源靠近进风口或出风口时,主机的散热性能好且效率高;当支架孔隙和设备间距分别为15 mm和10 mm时,主机的散热性能较好且结构强度高,同时主机质量和体积均较小;当散热器翅片的高度、厚度和间距分别为7.5 mm、1 mm和5 mm时,强化散热效果较好且主机质量小。

一种带热沉结构的100Gbps高速差分BGA一体化封装外壳

为满足高速芯片对高密度封装、高速传输性能、高散热以及高可靠性的综合要求,基于低温共烧陶瓷(LTCC),研究了一款带热沉结构的高速差分球栅阵列(BGA)一体化封装外壳。该BGA外壳集成了20路高速信号传输通路,具有高密度和高集成的特点。分析了高速传输路径中水平转垂直结构时节距改变引入的失配问题,采用了分叉结构处过渡优化布线方案。通过对键合丝进行阻抗匹配设计,降低了键合指端头尺寸较小时键合丝引入的电感-电容效应,实现单个通路射频(RF)性能在DC~67 GHz满足回波损耗≤-12 dB,可支持单通道100 Gbps PAM4信号传输。通过设置通腔结构焊接钼铜热沉,使芯片与热沉直接接触,并将热沉与BGA焊盘置于不同侧,可在不影响二级装配的同时满足大功率芯片散热需求,解决了LTCC陶瓷散热不足的问题。采用下沉式封口区,在实现气密性封装的同时避免盖板与焊球干涉。

氢燃料电池物流车集成控制器散热系统设计与仿真

根据氢燃料电池物流车集成控制器热源多、温区广的特点,合理设计六合一集成控制器及其冷却流道,并对集成控制器散热系统性能进行仿真分析。仿真结果表明,集成控制器散热效果良好,满足设计要求。

灶蒸烤一体机散热风机对燃烧器性能的影响研究

实践表明:开启散热风机会明显降低燃烧器热效率,并增加烟气CO浓度。因此,本文采用实验方法研究了灶蒸烤一体机散热风机的排风口形状、面积以及导流板角度对燃烧器性能的影响。研究采用三种不同的形状的排风口(矩形、弧形和梯形)在不同的排放口面积和不同的导流板角度条件了,研究了燃烧器的热效率与这些因素的变化关系。实验发现,相比于梯形排风口和弧形排风口,矩形排风口卷吸锅底高温烟气能力会较弱,导致燃烧器的效率最高,达到67.3%。排风口面积对于采用弧形排风口的燃烧器热效率有显著影响,适当减少排风口面积,可减少锅底高温烟气的卷吸量,导致高温烟气外泄量减少,从而提高热效率。在排风口采用导流倾角为15°~45°时,可减小锅底高温烟气的卷吸,提高燃烧器热效率。

基于热阻网络的高性能贴装设备温控设计和仿真分析

阐述利用热阻网络对高性能半导体贴装设备温控系统进行应用分析,通过热阻网络的构建能够快速评估出温控台隔热性能、降温速率等性能,给出有效的设计指导建议。通过仿真验证,显示优化后的温控台散热性能均达到设计指标要求,且与热阻网络分析结果接近。利用热阻网络分析方法可快速收敛设计方案。

基于DMAIC改进模型的电气柜散热能力优化分析

阐述半导体设备电气柜的散热能力决定设备电气性能,提出基于DMAIC改进模型的散热方案优化过程。仿真和实测结果表明,通过规范设计流程,量化试验指标,优化后的电气柜散热能力提升显著,从而提升机台的产能。

基于热管的轻量化液压油箱散热设计与试验研究

为强化轻量化液压油箱的散热能力,基于传热学原理,利用热管高效传热的特性,配合多层螺旋折流板,设计了一种储油散热一体化的轻量化液压油箱,完成了样机加工和试验台的搭建。以样机散热功率和总传热系数为研究目标,探究了不同冷却风量、加热温度和水流量对油箱散热性能的影响,针对试验中的新发现进行了样机改进试验。结果表明,在一定范围内增加冷却风量、提升加热温度和水流量均能强化油箱的散热性能。在研究工况范围内,样机最高散热功率达到了1.13 kW,散热功率密度为22 kW/m^(3)。

MEO卫星有源微波天线机电热一体化设计与应用

针对中地球轨道(MEO)卫星微波天线连续工作时间较长带来的温度一致性问题,兼顾卫星减重的需求,文章提出了一种天线机电热一体化设计方法。从分析MEO热环境出发,筛选出极端低、高温工况,采用纳米膜、高导热石墨板和分布式测控温系统相结合的手段,提出了一种新的天线热控方法,节省了传统的有源安装板,优化了2/3的测控温线缆。经过有限元仿真和模块级试验,验证了该方法的有效性,试验结果表明:该机电热一体化设计方法能够满足温度一致性要求,对短时高热耗的天线热控具有重要的借鉴意义。

光学积分器离焦与散热结构设计

光学积分器是太阳模拟器核心匀光部件,通过适当离焦可提高辐照均匀性。针对目前光学积分器离焦精度低、装调困难、散热效率不高等不足,提出一种高温工况下能够连续离焦和有效散热的光学积分器机械结构。通过离焦分析确定投影镜组离焦范围,设计一种由螺旋传动和直线导槽组成的连续离焦结构及环形肋片的散热结构,并在热载荷下对结构参数进行有限元分析与优化。通过实际测试,光学积分器离焦-2.6 mm时,Φ100 mm辐照光斑内的辐照不均匀度±0.44%,太阳模拟器辐照均匀性最佳,表明投影镜组在高温下能够连续离焦调整,有效提高光学积分器装调精度和效率。

基于一体化模型的矿用变频器散热性能分析

矿用变频器空间密闭,运行过程中内部功率器件自身会产生大量热量,易产生热退化和热失效现象。现有研究主要是针对矿用变频器某类功率器件或散热器进行单独分析,未考虑它们相互之间的热交换作用,且现有研究与矿用变频器运行状态的结合不够紧密,导致生热和传热过程与实际情况偏差较大,降低了散热性能分析的准确度和全面性。针对上述问题,以630 kW/1140 V四象限矿用变频器为研究对象,基于一体化模型对矿用变频器散热性能进行分析。建立了考虑等效电阻的矿用变频器主电路拓扑模型,分析母排与电缆、充/放电电阻、吸收电阻、IGBT模块、输出电抗器的电气特性并计算功率损耗。采用强制水冷+风冷+自然冷却方式对矿用变频器的散热系统进行优化设计。将IGBT模块、吸收电阻置于水冷散热器的基板上,配置风机加速输出电抗器的热交换效率,其他功率器件则自然散热。基于一体化模型对矿用变频器内部温度场特性、对流换热特性进行数值模拟分析,并搭建矿用变频器加载试验平台验证基于一体化模型的温度场仿真的正确性及散热设计的有效性。结果表明:①在内部功率器件的传导、对流及辐射换热作用下,隔爆外壳的温度高于环境温度,最低为36℃,且后基板的温度高于其他隔爆面,最高可达70℃。矿用变频器内部组件均未超过80℃,远低于相关标准规定值,具有良好的散热性能。IGBT模块的温度最高,机心母排组件的温度次之,直流滤波电容组件的温度最低。②充电过程中功率器件产生了较大的损耗,但由于充电时间极短,该损耗不会引起温度的剧烈变化,功率器件的瞬时温度最高不超过59℃;放电电阻的瞬时温度最高可达267℃,100℃以上的作用时间为200 s,梯形铝壳电阻的耐高温冲击能力可满足该应用场景,且未形成热应力循环,不会产生热击穿、热失效现象。③各功率器件在2~3 h后温度逐渐趋于稳定,各标定测温点的实验与仿真结果在整体趋势上保持较好的一致性。

光伏建筑一体化散热模型研究

由于光伏建筑一体化(BIPV)的光伏组件下没有保温隔热层,组件温度受到厂房内温度的影响,其工作温度与安装在彩钢瓦屋面的光伏系统(BAPV)的光伏组件存在差异,进而影响光伏系统的发电量。为此,该文建立工业厂房光伏建筑一体化的散热模型。经分析表明,通风良好的仓库发电量与BAPV相近,普通生产车间发电量比BAPV降低1.19%,陶瓷生产车间发电量比BAPV降低4.49%。

变电站用铅蓄电池的温度估计与散热仿真

铅蓄电池作为变电站的主要备用电源,在正常运行中会释放出可观的热量。热量的累积会带来安全问题,且当前变电站铅蓄电池基本不附加散热系统。为了保障变电站铅蓄电池的安全使用,基于卡尔曼滤波算法和电热耦合模型估计电池温度,并设计了一种基于PID控制风扇转速的电池风冷散热系统,通过ANSYS Fluent对散热系统效果进行仿真分析。首先,利用电热耦合模型获取电池单体温度。然后,在此基础上建立电池组散热模型,与未加风冷散热系统的电池组比较温度场分布情况。基于PID控制风扇转速的风冷散热系统与未散热的电池组相比,电池组平均温度下降了9.18℃,且电池组内最大温差下降到原来的30.3%。基于PID控制风扇转速的风冷散热系统可以显著改善电池运行期间的温度状况,降低了局部热失控的风险。

一种可蓄热太阳能睡床结构及性能分析

介绍了一种兼具蓄热与散热两种状态的太阳能供暖用睡床。该睡床的下部为蓄热水箱,可从太阳能集热板获取热量供给睡床。研究了基于该睡床的供暖系统在北京地区的应用情况,并分析了不同状态下床板上表面的散热量与被褥内的温度。结果表明:在全天散热状态下,典型年供暖季集热器效率为37.7%,复合型睡床的有效供热量为4390.2 MJ,太阳能保证率为80.7%;在白天保温-夜间散热下,集热器效率为33.1%,复合型睡床的有效供热量为4441.1 MJ,太阳能保证率为81.8%。

矿用变频一体机的设计及散热仿真分析

为解决变频器对电机所造成的干扰且变频一体机散热效率不高的问题,在对矿用变频一体机电机进行设计的基础上,重点综合电机的损耗确定了散热方式为外壳水冷结构及其关键参数;基于ANSYS软件建立了仿真模型对螺旋式水道的冷却效果进行验证,并取得理想结果。

“丁基自粘TPO卷材+柔性光伏组件”方案在既有轻荷载屋面改造中的应用

以某产业园厂房旧改项目为例,介绍了“丁基自粘TPO卷材+柔性光伏组件”方案在既有轻荷载混凝土屋面改造中的应用,包括防水主材与光伏系统选型、施工工艺以及细部节点处理。在老旧甚至已漏水的混凝土屋面安装此类光伏防水一体化系统,丁基自粘TPO卷材一方面解决漏水问题,另一方面提供使用寿命30年以上的屋面防水保障;TPO方管散热格栅的使用简化了安装步骤,大大提高安装施工效率的同时,不仅提升光伏系统的散热性能,还可以保障屋面卷材不会因为光伏发电发热而加速老化。

供水水泵电机散热系统分析

老旧小区普遍存在供水形式落后、供水设备陈旧且放置空间小以及设备维护不到位等情况,引起水压不稳、水源二次污染等问题。一体化供水设备具有安防功能、避免二次污染、占地面积小等优点,针对大多数一体化供水设备的设备间空间较小、设备密度较大、散热较差,导致水泵电机寿命缩短的问题,对使用自然风冷、强迫风冷以及强迫水冷3种不同散热系统的电机,使用ANSYS Icepak模拟不同设备间环境温度,对3种电机温升进行分析,比较不同散热系统在不同室温下的散热情况,找出适合于环境温度变化较大的电机散热系统。结果显示,自然风冷温升最大,强迫风冷受环境影响较大,强迫水冷受设备间温度影响较小,可使电机稳定在较为理想的温度值。因此,使用强迫水冷散热系统的电机可有效降低电机运行温度,延长设备使用年限,提高供水可靠性。

微型半导体制冷器在芯片散热的应用分析

阐述半导体制冷器的发展状况,包括锭材切割工艺、MEMS工艺和CMOS工艺制备微型半导体制冷器的特性和应用,并展望微型半导体制冷器未来发展趋势。

农村一体化污水处理设备曝气系统核算及优化

低能耗的小型气泵是农村一体化污水处理设备的核心设备。针对华东地区某农村污水处理项目出现的气泵批量停机问题,对一体化污水处理设备的曝气系统阻力和气泵压力进行了核算。计算结果显示曝气系统实际运行压力为24.94 kPa,超过了气泵额定运行压力,证实了气泵是因为超压运行、温度过高(表面60℃)而造成停机。在此基础上,提出了调整曝气系统风管设计、优化风机柜和曝气盘、强制降温等防止停机的措施,最终曝气系统运行压力降低约18%,达到了气泵运行压力要求。该研究结果为小型污水处理设备曝气系统风管压力、阻力的计算和风机选型提供了理论依据,同时也为农村污水处理项目的设备、电控系统设计提供了经验参考。