1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
低温应用的大功率器件需要设计高冷却效率的液冷室结构。采用计算流体动力学（CFD）方法模拟了以液氮-氮气两相流为制冷剂的空腔结构、微通道结构和扰流柱结构的流动与传热过程。结果表明，相比于空腔结构和微槽道结构，扰流柱结构具有较好的换热能力。圆形扰流柱易发展45°方向支流，而方形扰流柱结构有利于垂直方向流速均匀化。相较于平行排布，扰流柱交错排列时圆形和方形扰流柱结构中流速分布更为均匀。对比对流换热系数发现，交错排布优于平行排布，方形扰流柱优于圆形扰流柱。换热效果最好的结构为交错排布的2 mm方形扰流柱，对流换热系数为4223 W/(m2·K)，较空腔结构提高125.83%。采用上述结构进行测试验证，在107.6 W加热功率工况下冷头测温点温度与相同功率下仿真结果有较好的对应性。
大功率器件 扰流柱 两相流 对流换热系数 high-power devices pin-fin two-phase flow convective heat transfer coefficient 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220085
强激光与粒子束
2022, 34(11): 115002
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
4 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
5 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094
液体强制对流换热因具有较高的可靠性和性能稳定性而被广泛使用于高功率板条激光介质介质的制冷，但沿流场方向产生的温度梯度会显著改变激光介质的热应力状态而带来不良影响。提出了基于冷却流场与目标温度匹配控制思路的双大面侧泵激光介质纵向强制对流冷却方案（Longitudinal forced convection），利用非定常边界条件的流?固耦合有限元仿真方法对比了全腔浸泡对流冷却（Cavity forced convection）、微通道传导冷却技术方案（Micro-channel conduction），针对入口流量、流场状态、流道壁面条件等因素进行了详细研究。在30 L/min入口流量下，该方案热交换区域固液界面平均对流换热系数达104 W·m?2·K?1量级，且均匀分布。此外，通过改变壁面粗糙程度能够获得更高的对流换热系数。根据设计结果研制了一套板条激光放大器，实验监测点的温度结果与模拟仿真预测结果相吻合，冷却性能达到预期。
热管理 板条晶体 计算流体力学 强制对流换热 温度分布 thermal management slab crystal computational fluid dynamics forced convection heat transfer temperature distribution 红外与激光工程
2020, 49(9): 20200556
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
为了研究极端温度环境对跟踪望远镜指向精度的影响,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立跟踪望远镜机架的有限元模型,通过稳态热分析,得到高、 低温环境中机架在太阳辐射、空气对流、电器件产热及热传导作用下的温度场分布;通过结 构静力学分析,得到机架在以上温度场作用下的热变形。分析结果表明在高、低温工况下, 机架轴系的偏斜角均小于30′′,在误差允许范围内。极端温度环境中跟踪望远镜 机架的方位转轴、俯仰转轴及光路视准轴基本没有发生偏斜,跟踪望远镜的指向精度几乎没有受到影响。
几何光学 跟踪望远镜 对流换热 稳态热分析 结构静力学分析 geometrical optics tracking telescope convection heat transfer steady-state thermal analysis static structural analysis
1 安徽建筑大学环境与能源工程学院, 安徽 合肥 230601
2 合肥工业大学汽车与交通工程学院, 安徽 合肥 230009
在密闭狭小空间,散热问题是制约大功率LED在汽车大灯领域发展的因素之一。提出了一种用于汽车LED大灯的以铜粉为烧结芯的平板微热管组散热装置,针对车灯运行的不同工况,研究了热阻、环境温度及翅片组上的对流换热系数等参数对散热器性能的影响,最后进行了微热管车灯散热实验。结果表明:正常工作环境下,当LED灯的功率为60 W时,LED结点温度为67 ℃,散热器的热阻稳定在0.61 K/W;复杂环境和高功率工况下,LED结点温度都低于120 ℃,在翅片上的对流换热系数大于80 W/(m
2·K)后,LED结点温度趋于平稳。同时,实验验证了散热器的性能,在输出功率为50 W的情况下,热管式散热器LED结点温度为58 ℃,说明该新型热管式散热器能满足汽车LED大灯散热的要求。
光学器件 LED大灯 热管 结点温度 对流换热系数 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 112301
1 陆军工程大学, 石家庄 050003
2 军械技术研究所, 石家庄 050000
为了研究Mg/Ba(NO3)2药剂在气流状态下的燃烧光谱分布, 利用全波段辐射计在静态和通风状态下对Mg/Ba(NO3)2药剂的燃烧光谱进行了测试, 得到烟火药剂的燃烧光谱分布图。通过对Mg/Ba(NO3)2在静态和通风状态下燃烧光谱的实验分析表明, Mg/Ba(NO3)2药剂在静态和通风状态下主要能量辐射光谱范围在620～760 nm间, 强辐射峰的位置大致相同; Mg/Ba(NO3)2药剂在静态下燃烧时间为14.20 s, 壁温是1 298.23 ℃, 通风状态为8.63 s, 壁温是593.36 ℃。通风状态下, Mg/Ba(NO3)2药剂主要以强迫对流换热的形式散热, 静态下则主要以辐射的形式散热。
气流状态 燃烧光谱 可见光 对流换热 Mg/Ba(NO3)2 Mg/Ba(NO3)2 airflow condition burning spectrum visible light convective heat transfer
1 北京大学 深圳研究生院 信息工程学院, 广东 深圳 518055
2 北京信息科技大学 信息微系统研究所, 北京 100101
3 北京大学 微纳电子学研究院, 北京 100871
随着系统级封装（SIP）所容纳的电子元器件和集成密度迅速增加, 传统的散热方法（热通孔、风冷散热等）越来越难以满足系统级封装的热管理需求。低温共烧陶瓷（LTCC）作为常见的封装基板材料之一, 设计并研制了三种内嵌于LTCC基板的微流道, 其中包括直排型、蛇型和螺旋型微流道（高度为0.3 mm, 宽度分别为0.4, 0.5和0.8 mm）。通过数值仿真和红外热像仪测试相结合的方式分析了微流道网络结构、流体质量流量、雷诺数、材料热导率对内嵌微流道LTCC基板换热性能的影响, 实验结果表明: 当去离子水的流量为10 mL/min, 热源等效功率为2 W/cm2时, 直排型微流道的LTCC基板最高温度在3.1 kPa输入泵压差下能降低75.4 ℃, 蛇型微流道的LTCC基板最高温度在85.8 kPa输入泵压差下能降低80.2 ℃, 螺旋型微流道的LTCC基板最高温度在103.1 kPa输入泵压差下能降低86.7 ℃。在三种微流道中, 直排型微流道具有最小的雷诺数, 在相同的输入泵压差下有最好的散热性能。窄的直排型微流道（0.4 mm）在相同的流道排布密度和流体流量时比宽的微流道（0.8 mm）能多降低基板温度10 ℃。此外, 提高封装材料的热导率有助于提高微流道的换热性能。
低温共烧陶瓷 微流道 传热性能 强制对流换热 heat transfer LTCC laminates microchannel liquid cooling 强激光与粒子束
2016, 28(6): 064126
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
：为减小高空光学遥感器的热设计误差，提高其热控效率，利用灵敏度分析方法对高空光学遥感器的热设计参数进行了分析。根据能量守恒定律建立了光学遥感器高空航摄时的热平衡方程，并对影响透镜组件温度分布的热设计参数进行了灵敏度分析。分析结果表明，对流换热、内部热源及构件之间的热阻对高空光学遥感器透镜组件的温差影响较大。试验结果表明，基于灵敏度分析结果的热设计方案合理有效。
高空光学遥感器 灵敏度分析 对流换热 热设计 altitude optical sensor sensitivity analysis heat convection thermal design
1 热力过程节能技术北京市重点实验室(中国科学院理化技术研究所), 北京 100190
2 中原工学院 能源与环境学院, 郑州 450007
3 国内贸易设计研究院, 北京 100069
以R600a压力式封闭系统喷雾冷却过程为研究对象,对其换热过程进行分析.对液滴撞击热面后的状态进行建模,分析了其运动状态.通过忽略液膜的对流换热,引入韦伯数来简化并修正雾滴与热源表面的对流换热系数关联式;借鉴二次成核理论,通过单位时间内,单位面积上覆盖的雾滴数量对核态沸腾换热系数关联式修正.通过上述分析,以对流换热和核态沸腾换热两种机理为中心,建立了新的换热系数关联式.通过与其他文献的关联式、实验测量值进行比较、不同工质进行比较、不同实验系统比较,发现该式预测值和实验测量值偏差在±20%以内,能够很好地预测压力式封闭系统喷雾冷却过程的换热系数.
喷雾冷却 对流换热 核态沸腾 换热系数 spray cooling heat convection nucleate boiling heat transfer coefficient 强激光与粒子束
2015, 27(7): 071001
为了分析喷流冷却技术对薄片激光器的冷却效果，从湍流换热理论出发，定义了评定喷流冷却换热能力和冷却均匀性的两个参数: 面均对流换热系数和平均最大温差。利用ANSYS CFX流体力学仿真软件，建立喷流冷却的物理模型，对多种喷板结构进行求解计算。设计加工了整套喷流冷却实验装置，并进行了模拟热源喷流冷却实验。分析结果表明，喷流冷却换热能力和冷却均匀性主要受喷板结构参数的影响，仿真计算结果可以定性地指导喷板结构参数的优化设计。
薄片激光器 喷流冷却 对流换热系数 湍流仿真 disk laser jet cooling heat transfer coefficient turbulence simulation 强激光与粒子束
2014, 26(1): 011003
