1 华北光电技术研究所，北京100015
2 中国人民解放军93160部队，北京100071
驱动器元器件的散热问题一直是斯特林制冷机在高温环境下稳定运行的主要限制因素。以某款斯特林制冷机为研究对象，通过具体的驱动器元器件的散热结构设计来优化其散热特性。通过试验验证了优化后散热结构的可靠性及散热提升效果。在热真空环境温度60℃条件下，应用这种散热优化结构的斯特林制冷机的驱动器元器件的平均温降约为718%。通过试验发现，在热真空环境温度60℃条件下，用紫铜作为背板材料的元器件的平均温度比用铝作为背板材料时约低905%；制冷机反向放置时元器件的平均温度比正向放置时约低1925%。本文设计的散热优化结构、试验过程及结果，对具体的工程实践具有一定的指导意义。
斯特林制冷机 元器件散热 优化设计 试验研究 Stirling refrigerator heat dissipation of components optimization design experimental study
近年来，随着弹载电子设备集成度越来越高，内部热耗不断增加，如何实现设备的高效热管理，成为制约弹载电子设备进一步发展的重大难题。该文提出了一种应用于大功率弹载微波组合的相变储热模块，通过仿真分析手段研究了储热模块主体结构对储热模块整体储热性能的影响。综合考虑可制造性、质量、储热能力等多方面因素后，确认了储热模块的结构形式和最终选用的相变介质材料。利用增材制造技术加工出储热模块样品，并搭建热测试平台完成了该样品的散热效果评估。实验表明，在60 ℃环境下，模块总热耗为211 W，工作10 min后，模块表面最高温度为104.1 ℃，满足组合使用要求。该储热设计技术有效地解决了模块短时大功率下温升过高的问题，在弹载电子设备热管理领域有着广阔的应用前景。
相变材料 储热模块 弹载 散热能力 phase change materials heat storage module missile-borne meat dissipation capacity
四川九洲电器集团有限责任公司，四川绵阳 621000
为满足机载光电吊舱轻小型、紧凑型要求，解决光电吊舱散热问题，采用了热传导和风机内循环对流结合的散热方式，用金属结构件将发热元器件与壳体接触建立热传导通道，用风机内循环强化内部对流建立低热阻的对流换热通道，通过 ICEPAK热仿真软件对该散热方式建模仿真计算表明：静止条件下吊舱核心处理芯片 DSP、FPGA、SoC温升分别为： 29.1℃、29.2℃、33.8℃，相比无风机时别降低： 5.2℃、3.5℃、4.4℃；飞行条件下温升分别为： 11.9℃、9.1℃、15.5℃；静止条件下，在风机内循环作用下，舱内最高环境温度较无风机内循环时降低约 5.5℃。通过与同等条件下高温试验数据比较，仿真温度与测试温度相差 3.1℃。该散热方式可有效降低舱内环境和器件的温升，满足吊舱使用要求，结构简单占用空间小，适用于轻小型、紧凑型机载光电吊舱。
光电探测系统 光电吊舱 散热技术 热仿真与试验 photoelectric detection, airborne photo-electric p
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了实现高功率半导体激光器连续泵浦源输出，设计一种使用微通道热沉封装多个单管半导体激光器的堆叠结构。基于有限元分析，此结构可以通过辅助热沉和微通道内部圆柱翅片扩展单管半导体激光器的传热渠道，与传统凹槽微通道相比，热传导效果有所增强，优化提出斜翅片结构，控制水流速，调节流体流动从而产生混流效应，进一步改善微通道散热性能，对其封装下的多单管进行功率拟合，理论最大输出功率可达128.75 W，在微通道热沉所需制冷功耗较低的前提下，可以实现多单管半导体激光器连续工作模式下泵浦且满足其散热需求。
半导体激光器 微通道 斜翅片 有限元分析 散热性能 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114005
强激光与粒子束
2023, 35(9): 099003
1 西安电子科技大学宽带隙半导体技术国家重点学科实验室, 西安 710071
2 西安电子科技大学石墨烯陕西联合重点实验室, 西安 710071
3 西电芜湖研究院, 芜湖 241000
4 南京电子器件研究所碳基电子学CETC重点实验室, 南京 210016
随着氮化镓(GaN)在高功率领域的广泛应用, GaN基器件的散热性能成为了制约其功率密度的主要因素, 因此开辟新的热管理方案至关重要。具有高热导率的金刚石衬底可以用于改善GaN器件的散热问题。然而, 由于金刚石和GaN之间的天然晶格失配, 在金刚石衬底上GaN的直接外延仍然是一个难以克服的问题。本工作以二维材料/Al组分渐变的AlGaN异质结作为衬底与外延层之间的成核层, 在多晶金刚石衬底上实现了单晶GaN薄膜的范德瓦耳斯外延。其中, 二维材料可以有效屏蔽掉衬底与外延层晶格不匹配带来的不良影响, 而Al组分渐变的AlGaN缓冲层结构可实现Ga原子和N原子的有序迁移, 进而精确地控制GaN薄膜的生长。本工作为异质衬底上高质量生长氮化物提供新思路。实验结果表明, 成核层的引入有效地消除晶格失配的影响, 从而打破了金刚石衬底上难以直接外延单晶GaN薄膜的瓶颈。本工作为GaN基器件的功率密度的进一步提升提供了基础。
金刚石 范德瓦耳斯外延生长 高散热 Al组分渐变 二维材料 GaN GaN diamond van der Waals epitaxial growth high heat dissipation Al component gradient two-dimensional material
1 常州大学 机械与轨道交通学院，江苏常州2364
2 常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州130
大功率LED车灯采用风扇进行强制对流散热，针对风扇周边空间尺寸影响车灯散热性能的问题，采用有限元仿真、均匀设计法及响应面分析相结合的研究方法进行优化研究。首先，利用有限元软件FloEFD研究了风扇护风罩与壁面的径向距离A、风扇入风口与壁面的距离B及风扇出风口与散热器的距离C三个设计参数对大功率LED车灯风冷散热系统散热性能的影响；然后，使用均匀设计法设计试验方案进行响应面分析并拟合出三个参数与LED焊点温度之间的回归模型，利用Pareto分析法确定三个参数对系统散热性能的影响大小；最后，利用Minitab软件的响应优化器，以LED结温最小化为目标，确认三个参数的最佳组合是A为8.4 mm、B为16.3 mm、C为4.3 mm。通过对最佳组合进行实验，表明此组合具有最优的散热性能，同时仿真和实验结果具有一致性，验证了仿真的可靠性。
发光二极管车灯 有限元仿真 响应面法 风冷散热 LED headlight finite element simulation response surface method air cooling
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国人民解放军96035部队，吉林 吉林 132101
机载激光雷达是实现远距离大气精准监测的重要手段，CO2激光器工作谱段与部分大气污染物和化学物质吸收谱一致，是大气监测激光雷达的重要光源。面向机载要求，在控制体积重量的条件下实现−40 °C~55 °C宽温域工作是机载CO2激光器温控系统的设计难点。因此，本文提出一种以激光器性能和环境温度为设计输入，半导体热电制冷与强制风冷相结合的闭环温控方法。根据激光器、半导体热电制冷和强制风冷等的结构与传热特性，建立温控方法的有限元模型，基于此模型对激光器温控性能进行研究。对于55 °C高温环境，温控系统工作25 min后，激光器温度控制在40 °C；对于−40 °C低温环境，温控系统在工作20 min后，激光器温度控制在25 °C，满足激光器正常工作要求。根据激光器及建立的温控方法，开展高低温环境下激光器工作能力实验研究，采集实验过程中的激光器温度数据，测量高低温条件下激光输出能力。实验结果表明：实测激光器温度与有限元仿真温度数据基本吻合，两者误差小于10%；采用所提出的温控方法，激光器在高低温条件下可以正常工作，输出功率与室温条件下一致。
CO2激光器 宽温域 半导体热电制冷 散热结构 温控方法 CO2 laser wide temperature range thermo-electric cooler heat dissipation structure temperature control method
