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星载有源相控阵天线热控技术研究进展

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第12期50卷 106-120页

作者：褚雯霄吕义高王耀霆王秋旺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 中国空间技术研究院西安分院陕西西安710199

分析了近年来国内外星载有源相控阵天线热控相关技术的研究现状与发展趋势,包括导热、非分离式热管、毛细泵驱回路热管、相变储能技术、单相泵驱流体回路、两相泵驱流体回路、微通道冷却及射流冲击冷却等先进热控技术.结合对国外其他航... 详细信息

分析了近年来国内外星载有源相控阵天线热控相关技术的研究现状与发展趋势,包括导热、非分离式热管、毛细泵驱回路热管、相变储能技术、单相泵驱流体回路、两相泵驱流体回路、微通道冷却及射流冲击冷却等先进热控技术.结合对国外其他航天器热控系统的相关创新性技术和设计的综述,对比指出目前我国在一些关键技术方面与国外先进技术水平的差距;同时,考虑航天器在空间特殊应用环境下热管理过程的热量收集、传输和排散环节,分析热控系统整体化设计过程,提出了星载有源相控阵天线热控技术的未来主要发展方向,包括两相泵驱流体回路关键技术突破、新型高效主被动复合式热控架构探索及新型热控技术与辐射器设计相结合等,可为未来我国新一代星载有源相控阵天线的散热方案研究提供参考.

关键词：相控阵天线热控技术结构导热相变储能泵驱流体回路技术射流冷却

不同肋片结构的印刷电路板换热器传热与阻力特性

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科学通报 2017年第16期62卷 1788-1794页

作者：褚雯霄李雄辉马挺曾敏王秋旺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

随着电子系统日益发展,高热流密度电子器件的冷却问题备受关注,微细通道液冷是一种广泛使用的高效冷却方式.印刷电路板换热器具有传热系数高、紧凑、高效等特点,有望成为微细通道热沉的备选方案.为此,本文对几种不同肋结构印刷电路板换... 详细信息

随着电子系统日益发展,高热流密度电子器件的冷却问题备受关注,微细通道液冷是一种广泛使用的高效冷却方式.印刷电路板换热器具有传热系数高、紧凑、高效等特点,有望成为微细通道热沉的备选方案.为此,本文对几种不同肋结构印刷电路板换热器的散热性能进行了评估,结果表明,非连续肋结构性能显著优于连续平直肋结构;改进翼型肋综合传热性能最佳,其次依次是翼型肋、椭圆肋、圆形肋和连续平直肋,改进翼型肋在高雷诺数条件下优势更加显著;相对于平直肋,改进翼型肋印刷电路板换热器Nu数提高了20.2%,阻力上升了5.6%.

关键词：电子器件散热印刷电路板换热器改进翼型肋片综合传热性能

应用于深井脉冲源装备的有序堆积相变胶囊热防护数值研究

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科学通报 2023年第2期68卷 282-292页

作者：麻世鸿何峻杰王秋旺吴坚褚雯霄西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

针对深井恶劣环境下脉冲功率源装备内电子元件的热防护问题,本文利用数值方法对比了多种有序堆积相变胶囊复合结构的热防护性能,探究了相变胶囊尺寸、堆积方式等对热防护性能的影响,提出了热流密度评价指标与内壁温度数学预测模型.结果... 详细信息

针对深井恶劣环境下脉冲功率源装备内电子元件的热防护问题,本文利用数值方法对比了多种有序堆积相变胶囊复合结构的热防护性能,探究了相变胶囊尺寸、堆积方式等对热防护性能的影响,提出了热流密度评价指标与内壁温度数学预测模型.结果表明,相变微胶囊-玻璃棉复合结构具有较好的热防护性能,内壁温上升速率相较于玻璃棉填充结构可降低13.8%,但相变材料的含量制约着热防护效果;使用大尺寸的相变胶囊,增大相变材料比例的同时可形成封闭气孔,相比于相变微胶囊-玻璃棉复合结构,内壁温升幅度进一步降低了19.3%.通过改善相变胶囊堆积结构,发现采用大尺寸相变胶囊单层阵列结构的热防护性能更优.最后,提出了相变胶囊单层阵列热防护结构下内壁温升预测公式,预测值与数值模拟结果的平均误差低于7%.

关键词：脉冲源相变胶囊热防护数值研究温度预测

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不同热边界条件下超临界CO_2换热特性数值分析

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工程热物理学报 2015年第8期36卷 1764-1768页

作者：徐向阳褚雯霄马挺曾敏王秋旺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

本文通过数值方法对三种热边界下管内SCO_2的换热特点进行了研究,结果表明,不同于常物性流体,SOO_2在三种不同的热边界下局部换热性能有明显差异。研究发现,第一类热边界(恒定壁温)下流体的温升明显快于第二类(恒定热流密度)和第三种热... 详细信息

本文通过数值方法对三种热边界下管内SCO_2的换热特点进行了研究,结果表明,不同于常物性流体,SOO_2在三种不同的热边界下局部换热性能有明显差异。研究发现,第一类热边界(恒定壁温)下流体的温升明显快于第二类(恒定热流密度)和第三种热边界条件(与H_2O耦合换热),而第二类和第三种热边界条件虽然壁面热流分布有差异,但SCO_2的温升过程及沿程的换热系数分布具有一定相似性。以SCO_2为工质,在对管壳式换热器管侧进行简化时,与定壁温边界相比,采用定壁热流边界与实际的双流体耦合换热工况更加接近。

关键词：超临界二氧化碳热边界传热

大功率T/R组件相变温控平板热管的散热特性实验研究

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西安交通大学学报 2022年第6期56卷 142-150页

作者：何峻杰王耀霆孟通王秋旺褚雯霄西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 中国空间技术研究院西安分院西安710199

为保证大功率相控阵天线T/R组件的长时间稳定工作,提出了一种相变储能平板热管的热控设计方案,该系统中的相变材料和平板热管分别发挥储热和热扩散的作用。实验对比了铝制平板热管和铝合金板的热扩散性能,以及它们分别和相变材料结合后... 详细信息

为保证大功率相控阵天线T/R组件的长时间稳定工作,提出了一种相变储能平板热管的热控设计方案,该系统中的相变材料和平板热管分别发挥储热和热扩散的作用。实验对比了铝制平板热管和铝合金板的热扩散性能,以及它们分别和相变材料结合后的热控性能。实验结果表明,铝制平板热管的传热性能优于铝合金,在40 W时其冷凝端的最大温差为3.2℃,且等效热阻可维持在0.35 K/W以下;当热源置于侧边时,相比置于中间位置时的蒸汽扩散和液体回流路径较长,平板热管的热扩散性能下降;同时,与使用铝合金作为储热容器底部基板时的局部过热现象相比,采用相变储能平板热管的热控设计,可以将热源的热量进行均匀扩散,降低热流密度,从而表现出更好的温度均匀性,再通过相变储能的方式吸收热量,可以保证天线产品持续工作90 min时的结点温度控制在70℃。对于高纵横比的槽道式平板热管,需要进一步改良槽道的毛细结构,降低蒸汽扩散和液体回流路径的差异对热扩散性能的影响。

关键词：大功率天线产品热控设计平板热管相变储能

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井下恶劣环境冲击波发生器热管理的实验研究

工程热物理学报 2023年第6期44卷 1663-1668页

作者：何峻杰陈典浩吴坚张永民王秋旺褚雯霄西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 电气绝缘与电子设备国家重点实验室西安710049

页岩油开采系统面临井下恶劣环境,为了保证设备的长期稳定性,本文提出了一种外部热防护配合内部储热的井下冲击波发生器热管理系统。构建石蜡与泡沫铜的复合相变材料储热装置,并对多种热防护措施进行评估。结果表明,在100℃井下热环境中... 详细信息

页岩油开采系统面临井下恶劣环境,为了保证设备的长期稳定性,本文提出了一种外部热防护配合内部储热的井下冲击波发生器热管理系统。构建石蜡与泡沫铜的复合相变材料储热装置,并对多种热防护措施进行评估。结果表明,在100℃井下热环境中,外环境对于系统内部电子元件的影响较大;在仅使用空气作为隔热层的情况下,热辐射占比大于30%,而使用酚醛树脂可以有效提升热防护层的等效热阻;然而随着外部环境温度的提升,热防护层的效果逐渐降低。采用热防护结合内部相变储热的热管理方法,可将电子元件持续工作1.5 h时的节点温度控制在90℃以下。

关键词：页岩油开采恶劣环境热管理系统热防护相变储热

大容积电烤箱内传热过程的反向传播神经网络控制算法

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西安交通大学学报 2024年第7期58卷 73-83页

作者：姚青唐巍峰郑鑫王锐梁文龙刘玉贤褚雯霄浙江省健康智慧厨房系统集成重点实验室浙江宁波315336 宁波方太厨具有限公司浙江宁波315336 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

大容积电烤箱内存在严重加热不均匀问题,限制其在商业和家用领域的广泛应用,传统比例-积分-微分(PID)控制算法存在弛豫时间长、温控精度差等问题,导致被加热目标无法维持在最佳烹饪热环境。通过自编程构建了一种反向传播神经网络(BPNN)... 详细信息

大容积电烤箱内存在严重加热不均匀问题,限制其在商业和家用领域的广泛应用,传统比例-积分-微分(PID)控制算法存在弛豫时间长、温控精度差等问题,导致被加热目标无法维持在最佳烹饪热环境。通过自编程构建了一种反向传播神经网络(BPNN)控制策略,以改善大容积电烤箱的加热速率、温控精度及热均匀性为目标,通过局部速度、温度分布与美拉德反应可视化实验测试,探究了风扇转速、对流与辐射加热功率和排气流量等因素的影响。实验结果表明:在提升算法鲁棒性后,BPNN算法对烤箱内温度预测误差显著降低;相比PID控制方法,采用BPNN算法的被加热目标过热度最多降至6℃,温控精度显著提高;被加热目标表面温度的相对极差从54%降至36%,速度相对极差从71.4%下降至39%,均匀性显著增强;电烤箱的加热弛豫时间从230 s降至100 s。BPNN算法能够实现大容积电烤箱更精确、更快速、更均匀的温度控制。

关键词：电烤箱反向传播神经网络对流与辐射热均匀性弛豫时间

R32制冷剂在小管径水平管内的沸腾换热与阻力特性实验研究

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西安交通大学学报 2023年第3期57卷 58-67页

作者：张浩曹泽瀚梅淏汉王庆仙晏刚褚雯霄王秋旺西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 广东美的制冷设备有限公司广东佛山528311 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

针对污染小、能效高、可燃性差、低毒性的新型R32可替代制冷剂在水平管内低温工况下的沸腾换热特性开展研究,设计并自主搭建了管内对流沸腾相变换热实验系统,分别开展了3 mm、4 mm小管径水平管内低温R32沸腾换热的实验研究,探究了质量... 详细信息

针对污染小、能效高、可燃性差、低毒性的新型R32可替代制冷剂在水平管内低温工况下的沸腾换热特性开展研究,设计并自主搭建了管内对流沸腾相变换热实验系统,分别开展了3 mm、4 mm小管径水平管内低温R32沸腾换热的实验研究,探究了质量流速、热流密度、饱和温度等参数对R32对流沸腾换热特性的影响,分析了蒸干对沸腾换热系数恶化的影响机制。结果表明:3 mm内径管的沸腾换热相比4 mm通道平均提升约8%~12%,且高质量流速下的临界干度几乎与管径无关;相较传热特性,R32饱和温度对两相流动阻力更为敏感,饱和温度自13℃降低至11℃时阻力损失提高约23%;利用改进的Fang关联式,可实现小管径水平管内R32对流沸腾换热系数预测,88.56%的实验数据误差可控制在±10%范围内。

关键词： R32制冷剂小管径水平管沸腾传热关联式

基于气体旁通蒸发技术的变频房间空调器APF提升研究

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制冷学报 2021年第4期42卷 28-34页

作者：张浩侯泽飞李杏党樊超超晏刚褚雯霄王秋旺西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 广东美的制冷设备有限公司佛山528311

对于空调器用翅片管换热器,制冷剂在蒸发/冷凝两种工况下的制冷剂侧压降特性差异较大,导致换热器蒸发模式下的最佳分路数远大于冷凝模式下的最佳分路数,而常规翅片管换热器无法实现制冷剂流路与运行工况之间的良好匹配。针对这一问题,... 详细信息

对于空调器用翅片管换热器,制冷剂在蒸发/冷凝两种工况下的制冷剂侧压降特性差异较大,导致换热器蒸发模式下的最佳分路数远大于冷凝模式下的最佳分路数,而常规翅片管换热器无法实现制冷剂流路与运行工况之间的良好匹配。针对这一问题,本文通过实验研究了气体旁通蒸发技术对不同负荷下房间空调器性能及APF的影响。实验结果表明:制热模式下,当系统制热量为2~5 kW时,气体旁通蒸发系统的COP较原型机可提升2.5%~7.2%;制冷模式下,当系统制热量为1.5~4.5 kW时,气体旁通蒸发系统的COP较原型机提升了8.6%~3.5%;根据GB 21455—2019标准[1],应用气体旁通蒸发技术可使空调器全年能源消耗效率APF提升6.4%。

关键词：房间空调器 APF 翅片管换热器气体旁通蒸发技术