电子设备瞬态热特性及热控技术研究

作     者：李鑫祺 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏新林

授予年度：2023年

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：飞行器 舱内设备 瞬态热特性 相变热沉 热控技术 Fluent软件 

摘      要：随着航空航天和电子技术的发展，飞行器舱内电子元件的集成度和发热功率密度日益增加，使舱内电子设备的热设计和热控技术逐渐成为决定飞行器研制成败的关键技术之一。其中，电子设备工作状态热特性的数值预测，是进行设备热设计的基础和前提，因此必须保证对设备运行过程中瞬态热特性预测分析的可靠性。在了解设备热特性的基础上，采用高效的热沉技术和强化散热技术，是实现舱内仪器设备热控的关键。 本文针对飞行器舱内电子设备热设计和热控技术需求，以发热设备为对象，设计搭建了实验系统，开展了设备模型的辐射-导热-自然对流瞬态热特性实验，以验证其热特性数值预测的可靠性。在基础上，采用数值模拟方法，分析了设备安装方位对其瞬态热特性的影响。 利用相变热沉吸热是飞行器舱内电子设备常用的被动式热控技术。为强化相变热沉的传热性能，采用金属泡沫与低熔点石蜡组成复合相变材料，是一种有效的热沉技术。通过浸渍法制备了泡沫铜-石蜡复合相变材料，搭建了泡沫-石蜡复合相变材料的熔化特性实验装置，捕捉熔化过程图像及红外图像分析熔化过程传热特点，测试了该复合相变热沉材料的热控性能，分析了相关参数的影响。 多孔泡沫通道散热器是一种高效的电子设备主动热控技术。针对多孔泡沫翅片通道的导热、对流传热过程，基于Fluent软件，采用流、固两相的局部非热平衡(LTNE)模型，通过UDFs自编程序实现泡沫-固体和泡沫-流体边界的耦合计算，模拟分析了此类结构的传热特性。利用性能评价因子(PEF)对几种通道结构的散热性能进行了评估对比，分析了通道结构参数和泡沫孔隙参数对通道散热性能的影响。 通过研究，获得了发热设备瞬态热特性测试数据，为电子设备的瞬态热特性数值模拟可靠性验证提供了实验数据支撑，对比分析了设备安装方位对其热特性的量化影响;初步获得了泡沫铜-石蜡复合相变材料的熔化特性数据，为此类材料作为高效热沉技术的进一步研发提供了必要的认识基础;掌握了多孔翅片通道的传热特性和相关因素对散热性能的影响规律。为飞行器舱内发热设备的热设计和热控技术应用，提供了必要的理论依据和数据支撑。