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石英玻璃微流道超声振动磨削加工及流动阻力特性研究

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材料导报 2023年第17期37卷 119-125页

作者：郭明荣鲁艳军陈润华深圳大学机电与控制工程学院广东深圳518060

石英玻璃微流控芯片在医学诊断、生化分析和药物筛选等领域具有广阔的应用前景,高性能石英玻璃微流道的加工质量直接决定微流控芯片的使用性能。本工作采用超声振动磨削加工技术对石英玻璃微流道进行高效精密加工,首先研究了主轴转速N... 详细信息

石英玻璃微流控芯片在医学诊断、生化分析和药物筛选等领域具有广阔的应用前景,高性能石英玻璃微流道的加工质量直接决定微流控芯片的使用性能。本工作采用超声振动磨削加工技术对石英玻璃微流道进行高效精密加工,首先研究了主轴转速N、进给速度vf、磨削深度ap和超声功率P对微流道表面质量和形状精度的影响,然后对超声振动磨削工艺参数进行优化,最后测试微流道的水流阻力,研究微流道水力直径对其流动阻力特性的影响。超声振动磨削加工实验结果表明:石英玻璃微流道的表面粗糙度Ra可达较小值0.191μm,形状精度RMS值和PV值分别达到3.332μm和23.783μm,并且微流道表面形貌完整,底部微观表面光滑,边缘整齐无明显崩边。流动性测试实验结果表明:石英玻璃微流道内流动摩擦阻力系数随雷诺数和水力直径的增大而减小,因此设计微流道时应尽量选择较大的水力直径,并且适当增大流速。

关键词：超声振动磨削微流道表面粗糙度形状精度阻力特性

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微流道中空腔式太阳能集热器的集热性能研究

建筑科学 2022年第4期38卷 152-157页

作者：张振兴孙金栋刘彦佐王欣荣曹露刘岩北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044 北京建筑材料检验研究院有限公司北京100044 北京瓦得能科技有限公司北京100044

提出1种以合成树脂为主要材料制备的微流道中空腔式太阳能集热器,是由透射隔热层、密闭空气层、集热层、保温绝热层和瓦当头集成的建筑预制件,不仅具有高效的集热性能和良好的气候适应性,还能代替传统屋顶构造中的保温层、隔离层和保护... 详细信息

提出1种以合成树脂为主要材料制备的微流道中空腔式太阳能集热器,是由透射隔热层、密闭空气层、集热层、保温绝热层和瓦当头集成的建筑预制件,不仅具有高效的集热性能和良好的气候适应性,还能代替传统屋顶构造中的保温层、隔离层和保护层,更易实现与建筑一体化。为满足用户对屋顶色彩的可选择性,对红色、蓝色、黑色选择性吸热涂层进行实验,结果显示,由于颜色不同造成的太阳吸收比相差不大于7.5%,其中,黑色选择性涂层的新型集热器效果最佳,其瞬时集热效率曲线截距为79.8%,总热损系数为U=4.68 W/(m^(2)·℃);对集热系统开展的性能测试实验结果表明,在不同季节相似天气条件下的新型集热器系统在9:00—16:00的阶段集热效率最高为50.6%,日集热效率最高为42.1%。

关键词：中空腔式太阳能集热器微流道太阳能建筑一体化集热性能

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微流道内椭圆粒子黏弹性聚焦数值模拟研究

力学季刊 2021年第3期42卷 581-593页

作者：姜迪倪陈南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

黏弹性聚焦技术借助微尺度黏弹性流体的惯性和弹性耦合效应,能够实现生物粒子在流道中心的单一位置聚焦排列,被认为是未来生物粒子计数以及检测的理想预处理单元,因而引起了广泛的关注.自然界中的生物粒子往往是非球形的,故而研究不同... 详细信息

黏弹性聚焦技术借助微尺度黏弹性流体的惯性和弹性耦合效应,能够实现生物粒子在流道中心的单一位置聚焦排列,被认为是未来生物粒子计数以及检测的理想预处理单元,因而引起了广泛的关注.自然界中的生物粒子往往是非球形的,故而研究不同形状粒子在黏弹性流体中的迁移特性具有十分重要的价值.本文通过格子玻尔兹曼方法耦合浸入边界法,对椭球粒子在直流道内黏弹性流体中的聚焦行为进行了系统的数值模拟研究.结果表明,面积相同但长径比不同的椭圆粒子在黏弹性流体中有不同的旋转周期与迁移速度.长径比更大的粒子旋转周期更长,且长径比大于3.5的粒子甚至不再有明显的旋转.长径比更大的粒子上下两侧的黏弹性力分布更加平缓,受到指向流道中心的弹性力更小,使得粒子横向迁移速度更慢从而导致了长径比不同的椭圆粒子聚焦至流道中心所需时间的差异.此外,Weissenberg数Wi的增加同样能够减弱粒子的旋转,使得长径比稍小的粒子也能和长径比为1.0的圆形粒子产生明显的分离.上述数值模拟的结论,为不同长径比粒子在黏弹性流体中的聚焦与分选应用提供了重要的理论指导.

关键词：微流控椭圆粒子黏弹性流体微流道

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氮化铝基板嵌入式微流道设计及激光刻蚀研究

中国机械工程 2023年第20期34卷 2496-2503页

作者：马预谱魏涛王力赵俊熠张鑫磊陈妮李亮何宁南京电子技术研究所南京210039 南京航空航天大学机电学院南京210016

氮化铝(AlN)高温共烧陶瓷(HTCC)基板具有热导率高、热稳定性好等优点,在氮化铝基板中嵌入微流道可以大幅提高散热能力并减小封装厚度,但小尺寸、硬脆性氮化铝微流道精密加工难度较高。基于某阵列功率器件的散热需求,开展了氮化铝嵌入式... 详细信息

氮化铝(AlN)高温共烧陶瓷(HTCC)基板具有热导率高、热稳定性好等优点,在氮化铝基板中嵌入微流道可以大幅提高散热能力并减小封装厚度,但小尺寸、硬脆性氮化铝微流道精密加工难度较高。基于某阵列功率器件的散热需求,开展了氮化铝嵌入式微流道设计研究;为解决氮化铝陶瓷基板微流道加工难题,开展激光刻蚀氮化铝陶瓷工艺研究,探索氮化铝陶瓷基板的线刻蚀阈值及激光参数对线刻蚀槽尺寸和形貌的影响规律,并提出了激光与化学铣切的复合加工方法。实验结果表明:线刻蚀中激光刻蚀的功率阈值与扫描速度成正相关;随着激光功率的增大,线刻蚀槽宽度将大于光斑直径,会造成过度加工;激光与化学铣切复合加工得到的微流道结构尺寸精度误差均小于50μm,表面粗糙度可以达到5.6μm。

关键词：氮化铝高温共烧陶瓷基板微流道激光加工化学铣切激光功率扫描速度

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相控阵天线微流道液冷优化设计及性能研究

系统工程与电子技术 2022年第6期44卷 1782-1788页

作者：刘涓苏全永施政薛显谋北京遥感设备研究所北京100854

相较于风冷、相变等散热方式,液冷具有稳定、效率高等优势,是目前相控阵天线散热的首选方式。针对等截面平直流道相控阵天线冷却不均匀、收发(transmitting/receiving,T/R)组件温差大的突出问题,与以往部件级热控设计方法不同,本文首次... 详细信息

相较于风冷、相变等散热方式,液冷具有稳定、效率高等优势,是目前相控阵天线散热的首选方式。针对等截面平直流道相控阵天线冷却不均匀、收发(transmitting/receiving,T/R)组件温差大的突出问题,与以往部件级热控设计方法不同,本文首次提出了相控阵天线整机热控设计思路,设计了变截面平直流道和双螺旋流道两种优化结构。仿真和实测结果表明,双螺旋结构流道冷却效果最优,优化后芯片最高温度降低了35.6%,T/R温差降低了51.8%。此外,所提方法成功量化给出了流速对冷却效果的影响,可有效解决大功率有源相控阵天线热控设计难题,可行性和实用性强。

关键词：相控阵天线热控液冷微流道

基于新工艺技术的高功率裸芯片模块微流体系统的散热技术

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制冷学报 2023年第6期44卷 118-124页

作者：李丽丹钱自富张庆军刘压军李治李鹏四川九洲电器集团有限责任公司绵阳621000

为解决高功率裸芯片的散热问题,本文在功率模块腔体上设计了一种自循环一体化微流道散热系统,并对有无微流道、平直流道以及交联流道的散热特性进行对比。研究表明:有微流道的裸芯片散热特性优于无微流道,有交联流道的裸芯片散热特性优... 详细信息

为解决高功率裸芯片的散热问题,本文在功率模块腔体上设计了一种自循环一体化微流道散热系统,并对有无微流道、平直流道以及交联流道的散热特性进行对比。研究表明:有微流道的裸芯片散热特性优于无微流道,有交联流道的裸芯片散热特性优于具有平直流道;将裸芯片共晶焊接到金刚石热沉,再将热沉共晶焊接到功率模块腔体,裸芯片到功率模块腔体之间的传导热阻降至传统工艺热阻的1/360~1/280;仿真与实验能够相互验证,最大偏差仅为7.16%。该微流道系统具有较强的散热能力,可解决环境温度为70℃,热流密度为320 W/cm^(2)时的裸芯片散热问题。

关键词：散热微流道共晶焊金刚石

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车用电池模组热蔓延防护结构的数值仿真研究

储能科学与技术 2022年第5期11卷 1608-1616页

作者：董远夏张恒运朱佳俊徐晓斌朱顺良上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海机动车检测认证技术研究中心有限公司上海201805

本文通过数值仿真研究了一种抑制方形电池模组热失控蔓延的防护结构。针对车用50 A·h方形三元锂离子电池,基于锂离子电池电极材料与电解液副反应机理建立单体电池热失控模型。通过与已有研究结果进行对比验证,表明所建立的热失控模型... 详细信息

本文通过数值仿真研究了一种抑制方形电池模组热失控蔓延的防护结构。针对车用50 A·h方形三元锂离子电池,基于锂离子电池电极材料与电解液副反应机理建立单体电池热失控模型。通过与已有研究结果进行对比验证,表明所建立的热失控模型具有较高的精度。基于验证后的单体电池热失控模型,建立了加装导热套筒的电池模组热防护结构。导热套筒底部与微流道冷板连接进行散热,电池之间填充隔热材料,用于阻隔由于电池热失控而导致热量向相邻电池蔓延。研究表明,与无导热套筒配置相比,所提出的方形电池模组热防护结构可以有效阻断电池模组的热蔓延。基于所提出的方形电池模组热防护结构,分析了电池之间绝缘层热阻、导热套筒高度以及导热板高度等因素对相邻电池热蔓延的影响。研究表明:绝缘层热阻达到0.03 m^(2)·K/W以上,相邻电池才不发生热失控。同时考虑到轻量化设计因素,选取导热套筒高度不应高于10 mm以及导热板高度在60~65 mm之间,可用于防护电池模组热蔓延。本文所提出的热防护结构和参数研究为电池包热安全设计提供了参考依据。

关键词：锂离子电池热失控热蔓延微流道隔热材料参数分析

SLM增材制造微流道内表面磨粒流抛光工艺与机理

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表面技术 2021年第9期50卷 361-369,389页

作者：石岩郭志刘佳马志乾长春理工大学机电工程学院长春130022

目的解决SLM增材制造复杂流向微流道粗糙内孔表面精加工难题。方法采用磨粒流抛光技术对SLM增材制造微流道内表面进行抛光,研究不同抛光压力下,磨粒流对微流道表面质量以及内孔形状精度的影响。利用FLUENT软件对磨粒的流动轨迹进行模拟... 详细信息

目的解决SLM增材制造复杂流向微流道粗糙内孔表面精加工难题。方法采用磨粒流抛光技术对SLM增材制造微流道内表面进行抛光,研究不同抛光压力下,磨粒流对微流道表面质量以及内孔形状精度的影响。利用FLUENT软件对磨粒的流动轨迹进行模拟,探究磨粒对微流道壁面的作用机理。结果在相同的抛光时间内,抛光压力增大,微流道的表面粗糙度随之减小,且趋向于收敛到一个最小值。直管处粗糙度可达0.23μm,弯管外侧为0.24μm,抛光效果明显。微流道内孔的最大内切圆直径与最小外接圆直径也随之增大,且直管处变化趋势相对平稳。在微流道弯管处,当抛光压力小于5 MPa时,最大内切圆直径与最小外接圆直径变化趋势较为平稳;抛光压力大于5 MPa时,最大内切圆直径与最小外接圆直径变化趋势较大,此时微流道内孔形状变形较大。结论在抛光时间为20 min,抛光压力小于5 MPa时,SLM增材制造微流道不仅具有良好的表面质量,而且微流道的内孔形状不会发生较大变形,形状精度较高,在此工艺条件下,能够符合加工要求。

关键词： SLM 增材制造磨粒流微流道复杂形状表面粗糙度形状精度

基于微流道技术的电磁功能结构防除冰系统流场与传热特性分析

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空军工程大学学报 2024年第3期25卷 36-40,102页

作者：陈晓宇司源陈龙航空工业济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点试验室济南250023 山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250100

基于微流道技术的电磁功能结构气热防除冰系统设计与其内/外流场的流体流动行为及传热特性密切相关。为了实现微流道气热防除冰系统设计,提出了一种流场-传热耦合数值分析方法,以气热空心石英纤维增强树脂基复合材料为微流道实现手段,... 详细信息

基于微流道技术的电磁功能结构气热防除冰系统设计与其内/外流场的流体流动行为及传热特性密切相关。为了实现微流道气热防除冰系统设计,提出了一种流场-传热耦合数值分析方法,以气热空心石英纤维增强树脂基复合材料为微流道实现手段,进行了典型翼面前缘电磁功能结构的流场与传热特性仿真分析。结果表明:在-15℃的外部条件下,基于微流道的防除冰方案具备满足防除冰需求的潜力,为后续进行气热防除冰方案优化设计提供了理论支持。

关键词：防除冰微流道流-热耦合传热分析