电子设备用冷板散热特性的二维数值模拟

冷板是当前最常用的一种电子设备散热方式,虽然冷板的温度分布是个典型的三维导热型问题,但人们普遍关心的是冷板加热面、冷却面的二维温度分布情况。本文首先对单片冷板的散热特性进行了分析,在此基础上建立起相应的数学模型和微分控制方程组。通过将电子设备发热量、对流散热量及厚度方向上的导热量当成冷板的内热源,将复杂的三维问题简化为二维问题,并进行了数值模拟。计算结果与实验结果吻合良好,为复杂模型的简化计算提供了参考。     

临近空间飞行器控制器热设计与热分析

临近空间飞行器电子设备集成度高、体积小、功率大,导致发热量大大提高,而其又直接工作在恶劣的空间热环境,因此,空间大功率电子设备的热设计成为未来飞行器安全、高效飞行的关键因素之一。本文针对临近空间的热环境特点,结合控制单元的工作模式,采用冷板散热、热控涂层、低热阻途径以及提高换热效率等有效方法对电子设备进行热设计。在结构设计基础上,用商业软件ANSYS ICEM CFD进行前处理,用FLUENT进行模拟热仿真,并对结果进行分析后给出3种合理优化的设计方案。仿真结果表明,增加冷板边缘处面积、增大辐射散热和自然对流换热表面积的设计方案可以有效地将控制器温度控制在293.15~318.15 K高效可靠的工作温度之间。     

用于机载大功率电子设备的新型液冷环控系统的研究

为了解决我国飞机大功率、高热流密度机载电子设备的冷却问题，本文提出了由制冷、冷却液循环、测量与控制等子系统组成的新型飞机液冷环控系统，阐述了冷却液的配制、系统多参数优化设计、冷板流阻特性曲线的准确模拟、机载电子设备发热模拟装置和建设全系统综合试验台等关键问题。分别完成了冷板换热器Q—p曲线测试、液冷系统流量分配试验、限流环尺寸确定试验和飞行环境下液冷系统性能模拟试验。研究表明，本系统是一种适用于高热流密度下机械电子设备经济的、高效的液冷环控系统。     

面向绿色制造的高效冷却技术及其试验

绿色制造和高效加工是21世纪先进制造业的必然趋势,为实现绿色高效加工,本文提出了一种新型的绿色高效冷却技术——低温气动喷雾射流冲击冷却技术,通过低温气流运载少量冷却液以喷雾射流冲击的形式到达加工区实现强化换热,将加工区的换热水平提高到一个全新的水平.瞬态实验结果表明,在射流速度40 m/s、靶距10 mm的射流条件下,这种冷却方式可提供的临界热流密度高达60W/mm^2,相对于磨削发生烧伤的临界热流密度提高了6倍以上.     

空间载荷机柜热控设计的仿真研究

空间站主动热控系统的作用是提供和保持航天员、仪器设备和结构部件所要求的温度、湿度和风速等热环境。本文以空间载荷机柜为热控系统的基本单元,建立了以单相流体循环回路为基础、采用液冷结合风冷的冷却方式的载荷机柜数学模型;介绍了模糊增量控制算法的工作原理;提出了采用模糊增量控制算法,以液冷支路进出口温差和风冷支路冷却量占总冷却量的比值为控制目标的反馈控制策略。同时文章采用数值模拟方法研究了控制系统的动态响应效果。仿真结果显示,模糊增量控制算法具有响应迅速、超调量小、无静态误差的特点,控制策略满足有效性、稳定性和高精确度的要求。     

飞艇载荷舱电子设备散热研究

在分析平流层飞艇载荷舱传热特性和高空环境特性的基础上,提出了采用基于开放式二氧化碳制冷和冷板相结合的平流层飞艇载荷舱电子设备冷却方案。所提出的方案能避免单纯采用冷板散热所面临的制冷量不足的问题。同时,通过建立理论计算模型并结合VC++编程软件,获得了飞艇上升过程中所需要携带的二氧化碳的量的理论值,并分析了气瓶内二氧化碳的状态变化及造成制冷量损失的因素。结果表明:通过计算所得的理论量能够满足飞艇上升过程的制冷要求,且在低储存温度、大管径、低背压的情况下制冷量损失较小。该研究结果为平流层飞艇载荷舱电子设备的冷却提供技术参考。     

冷却介质在层板内流动特性研究(第二部分 数值模拟复杂结构内流场)

用商业软件模拟复杂层板中冷却介质流动特性,以粒子图像速度(PIV)测量技术获得的实验数据,验证所选择的数学模型和数值方法.实验是在确定的径高比1及入口雷诺数4.1×104下进行的.用验证的数学模型及数值方法,向上下扩展雷诺数至2.05×104及8.2×104,改变层板径高比至0.5及2.0, 模拟这两个参数变化对层板内冷却介质流场的影响.模拟结果指出:在相同的径高比下,入口雷诺数的改变对层板内冷却介质流动特性影响很小;相反在相同的入口雷诺数下,径高比改变对层板内冷却介质流动特性有明显的影响.     

机载分子筛产氧系统建模与仿真

建立了双筒分子筛变压吸附产氧系统筛床及组件的数学模型。该模型采用了Langmuir等温吸附方程模拟分子筛的吸附特性，用线性驱动力方程考虑吸附过程中的传质影响，并考虑了吸附过程的热效应。采用该模型和有限差分方法，对系统性能进行仿真，并与实验数据进行比较。结果表明本所建立的数学模型能较好地模拟实际过程，同时指出对参数进行试验测定是十分必要的。     

差温加热的三维温度场有限元分析

介绍了差温无模锻造的概念和基本原理以及要在金属坯料土产生大的差温所采取的方案。运用ANSYS软件对圆柱体坯料局部加热和局部冷却过程进行了热分析。热分析中考虑了坯料的初始温度、外加热源和冷却源的热流密度以及坯料和空气的对流传热。用正交试验的方法确定了获得最佳温度场的主要相关参数的取值，为以后进行差温无模锻造过程的应力、应变场分析奠定基础。     

一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承

为了使磁轴承系统减小尺寸、改善动态性能和降低成本，提出一种将轴向磁轴承和径向磁轴承的功能相结合的永磁偏置三自由度电磁轴承，对其磁悬浮机理进行了研究，用等效磁路法建立了这种电磁轴承轴向力和径向力数学模型，利用三维网格图直观地分析了轴向力和径向力的耦合状况，理论分析表明，在平衡位置附近这种磁轴承3个自由度之间是解耦的。作者研制了一套实验样机，利用简单的分散控制实现了3自由度的稳定悬浮，并给出了部分实验结果。实验很好地验证了理论分析的结果。这种新颖的电磁在适合应用于飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合。     

一种可靠的滞环电流型双降压式半桥逆变电路

研究了一种新颖的双降压式半桥逆变电路(Bual buck half bridge inverter，DBI)，该电路有无直通，效率高等特点。提出了一种DBI的无偏置电流运行方式和一种滞环电流型双降压式半桥逆变电路(Hysteresis current controlled dual buck half bridge inverte，HCDBl)，消除了采用载波交截SPWM控制DBI正常工作所必需的偏置电流，进一步提高了效率。对HCDBI和传统半桥逆变器进行了理论上的损耗计算分析和实验验证，证明了HCBBI可大幅降低开关损耗，开关频率高，滤波器小．为实现逆变器的高频化提供了一种简洁的方法和新的途径。     

热管辐射器热分析

大多数航天器的热控制都是利用空间辐射器作为排热部件。在空间辐射器上，安装热管将极大地提高空间辐射器的散热能力。热管辐射器是一种传热性能极好、运行安全可靠的空间辐射器。文中介绍了典型热管辐射器的结构型式，对平面双组热管辐射器和柱面双组热管辐射器进行了详细的热分析，完成了典型柱面双组热管辐射的性能计算，并计算出流体温度和辐射肋片温度的变化。     

瞬态热传导问题的隐式EBE并行算法

结合有限元法,研究了ＥＢＥ策略在热传导问题并行计算方面的应用,给出了瞬态热传导问题的隐式ＥＢＥ并行算法。根据所用ＣＰＵ个数并行计算单元刚度矩阵,而总刚度矩阵Ｋ不需要组装,仅在“单元级”上进行各种计算。就模型实验规模１０２４阶而言,机器存存储量比传统算法降低了４０％左右,在拥有共享内存的并行计算机Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ上的数值实验表明,问题的规模越大,并行效率越高,所给算法非常有效。     

薄膜电阻温度计原理性误差分析及数据处理方法研究

薄膜电阻温度计是高超声速测热试验中一种常用的传感器,多用于激波风洞中.改进薄膜电阻温度计测热数据的后处理方法,分析其原理性误差,提出修正方法,可以进一步提高热流测量精度,为防热设计提供可靠数据.应用三维热传导理论,考虑热流和温升的耦合影响,计算了气动加热条件下薄膜电阻温度计结构温升情况,得到了铂层内的温度分布规律,并与一维半无限简化理论得到的薄膜电阻温度计表层温度相互对比,得到了模型简化带来的原理性误差;建立了由表面温升计算表面热流的导热反问题计算方法,与经典的Cook-Felderman处理公式和热电模拟网络处理方法相互对比,提出了修止热流值的方法,为提高热流测量精度提供了一种可行的手段.     

接触热阻的试验研究

本文介绍了一种基于一维稳定导热原理用试验方法研究接触热阻的简单装置,以及使用这一装置采集的部分试验数据、数据处理方法和试验结果,对热损失也做了较为详细的分析。特别应当指出,当接触表面所受的挤压应力高达10~6Pa至10~7Pa以上时,挤压应力明显成为影响接触热阻的主要因素。试验中发现了某些现象,本文对此做了定性的分析。     

装有多孔介质的封闭腔体中热驱动换热的数值研究

以涡轮叶片超级冷却技术为研究背景,用数值计算的方法,模拟了离心力场下装有多孔介质的封闭腔体中的热驱动换热现象。计算结果表明,在封闭腔体中加入大孔隙率多孔介质后确实能起到强化换热的效果,采用的固体介质的导热性越好,封闭腔体中流体的热驱动能力越强,换热效果越好。而且采用导热性比较好的固体介质时,在大孔隙率范围内,随着孔隙率的减少,封闭腔体中流体的热驱动能力和换热均得到增强。     

利用温度测量结果反演三维热传导问题中热源项的算法研究

利用表面温度测量来反演热传导问题中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有限体积法对三维稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,基于灵敏度分析建立了反演算法.采用该算法对一典型算例的计算结果表明:建立的算法是有效的,具有较好的抗噪性能.此外,对反演算法中计算收敛准则的选取进行了较深入的分析,结果表明,由于热传导逆问题的不适定性,优化过程中目标函数值越小并不意味着反演结果与真值更为接近,可以通过设定合适的收敛准则来模拟正则化项的作用,克服不适定性的影响.     

交叉杆型Stewart并联机床的加工试验

为评价自行开发的交叉杆型S tew art并联机床的加工特性和稳定性,已开展了多种复杂结构件的加工试验研究。基于UG NX 3.0编制了加工试验中需要的加工程序。加工程序采用V ericu t 5.3仿真软件检验通过后,在并联机床上实现了外形复杂造型各异的零件加工。与传统数控机床相比,零件表面粗糙度R a可提高一个数量级,达到l.6以内。试验结果表明,该类并联机床应用于生产加工具有重要的实际意义。     

外壁热流响应计算的导热反问题方法及其验证

研究组合结构外壁热响应特性,根据Beck’S序列函数法的思想,优化算法各个环节,建立应用多个温度测点、多个未来时间步的计算模型。通过假设热流呈三角波形变化开展数值验证,计算结构内部温度场,并取其中数点温度信息作为反问题输入条件反演得到外壁热流响应,得到热流误差不超过O．5％、温度误差不超过0．01％的理想结果,并得到测点数量及位置等因素对计算误差的影响。该计算方法可应用于包装结构在模拟火灾等特殊环境中的外壁热响应研究。     

气动热参数辨识原理性实验初步研究

气动热参数辨识问题实质上是热传导逆问题,介绍了热传导逆问题原理性实验的初步情况.首先介绍了实验原理和实验装置,利用电加热器对碳钢试件加热得到了测温点上的温度变化历程,然后采用顺序函数法对表面热流进行了辨识,结果表明:考虑辐射效应后,热流辨识结果位于标称热流密度值的±15%误差带内.热流辨识结果与标称值基本吻合,既证明了热传导逆问题求解算法的可行性,也初步验证了实验装置的有效性.