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有源相控阵天线微通道冷板拓扑结构研究

有源相控阵天线微通道冷板拓扑结构研究

作者：王明阳电子科技大学

学位级别：硕士

随着我国国防实力的突飞猛进,作为“眼睛”的雷达得到了大力发展,而T/R组件的集成度也随之不断提高。对于性能优越的相控阵雷达天线,其日益凸显的热控问题受到了国内外学者的广泛关注。本文针对相控阵天线,从芯片级冷板、单相散热阵面... 详细信息

随着我国国防实力的突飞猛进,作为“眼睛”的雷达得到了大力发展,而T/R组件的集成度也随之不断提高。对于性能优越的相控阵雷达天线,其日益凸显的热控问题受到了国内外学者的广泛关注。本文针对相控阵天线,从芯片级冷板、单相散热阵面冷板、多相散热阵面冷板三方面开展微通道冷板拓扑结构的研究,以解决天线热控问题。具体工作如下:(1)芯片冷板微通道拓扑结构研究。根据微通道的传热传质特性设计了几种拓扑结构,并利用数值模拟计算对比分析各结构的散热及压降特性;对综合散热性能最佳的仿蜘蛛网结构进行参数优化,并归纳出芯片级冷板微通道拓扑结构的设计准则;最后以金属3D打印的方式加工样件,通过实验验证仿真结果。(2)单相散热阵面冷板微通道拓扑结构研究。以某机载雷达天线为载体,结合单相散热的传热特性及天线阵面热源的排布特点,设计了四种特点鲜明的微通道拓扑结构;对比分析其热仿真结果,得到综合散热性能最优的拓扑结构,并归纳出基于单相传热的阵面冷板微通道拓扑结构设计准则;得到一种高效的微通道冷板拓扑结构设计方法。(3)多相散热阵面冷板微通道拓扑结构研究。根据平直微通道两相流状态下的流动及传热特性,设计出基于Icepak热仿真软件的等效比热法和三种微通道拓扑结构;利用上述等效热仿真方法,同时对单相、多相拓扑结构进行数值模拟计算,得到综合散热性能最佳的阵面微通道拓扑结构;从中归纳出基于多相传热的阵面冷板微通道拓扑结构设计准则,并以实验验证热仿真结果的有效性和可靠性。本文对相控阵天线微通道冷板的拓扑结构进行系统性研究,分别对芯片级冷板、单相散热和多相散热的阵面级冷板进行了拓扑结构的优化设计,达到了阵面均温性3℃、散热能力100W/cm、压降0.3MPa的高散热指标,为相控阵天线微通道冷板的拓扑结构设计提供了参考。

关键词：相控阵天线微通道冷板拓扑结构均温性

锂离子电池微通道冷板优化设计及换热性能研究

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锂离子电池微通道冷板优化设计及换热性能研究

作者：芦彦兵哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

车用锂离子电池的性能对温度较为敏感,开发高效节能的电池热管理技术,确保锂离子电池运行在15～35℃的最佳范围内,对锂离子电池意义重大。微通道冷板因体积小且换热系数大等优势广泛应用于车用锂离子电池冷却,冷板结构、通道形状和数量... 详细信息

车用锂离子电池的性能对温度较为敏感,开发高效节能的电池热管理技术,确保锂离子电池运行在15～35℃的最佳范围内,对锂离子电池意义重大。微通道冷板因体积小且换热系数大等优势广泛应用于车用锂离子电池冷却,冷板结构、通道形状和数量的优化研究是改善其换热性能的关键。本文针对方形电池设计了一种特斯拉阀型通道冷板,在建立的高精度电池热模型基础上开展液冷仿真,优化冷板配置参数,并通过液冷循环实验研究了冷板的换热性能。基于搭建的电池特性测试实验平台,设计并开展了一系列锂离子电池特性实验,包括放电温升实验、开路电压与端电压测试、混合动力脉冲能力特性实验和熵热系数实验,分析处理实验结果,获取了电池温升特性、开路电压与端电压特性、内阻特性和熵热系数特性,为后续电池热模型的建立与仿真提供了重要依据。根据电池产热和传热机理建立了电池三维三源项热模型。开展了绝热条件下方形和圆形电热片加热实验,辨识了电池内核比热容和各向导热系数;根据Bernardi产热模型和焦耳定律分别获取了电池内核区时变产热率和正负极区恒定产热率;使用Fluent开展了电池产热模拟,温升仿真与实验相对误差维持在3.57%以内,电池热模型精度较高,为液冷结构的优化设计提供了模型参考。设计了一种具有特斯拉阀型通道的冷板,建立了电池液冷有限元模型,针对电池3C放电工况开展了液冷仿真,发现与Z型通道相比,特斯拉阀型通道内冷却液正向和逆向流动时冷却效率分别提高了约4.5%和17.6%,特斯拉阀的分叉结构造成的湍流扰动增强了冷板的换热能力,改善了电池温均性。分析了冷板特征参数和冷却液流速改变对电池冷却效果的影响,通过中心复合设计响应面法获取了三个评价指标代理模型,设计了期望函数进行多目标优化,结果表明特斯拉阀夹角为120°、特斯拉阀间距为23.1mm、通道间距为28mm、冷却液进口速度为0.83m/s的冷板在换热性能与能耗之间取得了良好的平衡,最优配置下电池最高温度控制在30.5℃以内,且通道压降较低。基于搭建的液冷系统实验平台开展了电池液冷循环实验,检验了仿真的合理性与准确性,最优配置下液冷仿真与实验最大误差不超过1.25℃,证明了冷板参数优化设计的可信度较高。通过实验分析了冷板换热性能随冷却液进口流量和温度的变化规律,发现冷却液进口流量超过398m L/min时,电池冷却效果和温均性的改善逐渐趋于饱和状态;而冷却液进口温度的确定应考虑环境因素,进口温度过高或过低会造成冷板性能不均衡。

关键词：锂离子电池热管理微通道冷板特斯拉阀多目标优化

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相控阵天线散热微通道冷板拓扑结构研究

相控阵天线散热微通道冷板拓扑结构研究

作者：吴龙文电子科技大学

学位级别：硕士

相控阵天线阵面布放着众多T/R组件,其功率密度大,排布紧密,散热空间有限。若无法及时地耗散天线阵面热量,T/R组件温度会急剧上升,导致其电讯性能下降乃至损坏。本文将微通道冷却技术应用于相控阵天线热控中,开展芯片、组件和阵面三个层... 详细信息

相控阵天线阵面布放着众多T/R组件,其功率密度大,排布紧密,散热空间有限。若无法及时地耗散天线阵面热量,T/R组件温度会急剧上升,导致其电讯性能下降乃至损坏。本文将微通道冷却技术应用于相控阵天线热控中,开展芯片、组件和阵面三个层级的微通道冷板拓扑结构研究,以满足天线芯片温升、阵面均温性及压降要求。具体研究内容如下:(1)芯片级微通道仿生拓扑结构研究。为提升高热流密度芯片的散热能力,借鉴自然界中众多具有优良传质传热特性的网络拓扑,设计了多种仿生微通道拓扑结构。利用数值模拟方法,分析了不同拓扑结构的散热效果及压降特性,结果表明不同拓扑结构的散热能力存在较大差异。对综合性能优秀的蜘蛛网结构的换热特性进行了推导和论证,并通过金属3D打印加工了微通道散热器,测试表明其散热能力和压降相对现有平直微通道均有明显提高。(2)T/R组件级微通道冷板拓扑结构研究。以某砖式天线T/R组件为对象,提出采用集中冷板与分散冷板相结合的方式对其进行散热。设计并分析了多种T/R组件级分散冷板的散热特性,提出了一种综合散热性能优秀的阵列热源均温微通道冷板结构。基于T/R组件的排布特点,配合集中冷板分形流道的不对称设计,进一步消除各T/R组件间的温度差异。最终提出的热控方案达到散热要求。(3)天线阵面级冷板流道拓扑结构研究。以某瓦式天线为对象,结合天线阵面热源排布特点及温度场分布规律,从不同角度出发,设计了多种阵面流道拓扑结构。利用数值模拟方法分析了各种拓扑结构的散热特性,综合散热能力、温度均匀性、进出口压降等方面的需求,得到一种综合散热性能优秀的阵面流道结构,并得到了实验验证和应用。本文系统研究了相控阵天线散热微通道冷板结构,解决了天线阵面温度均匀性3℃、散热能力100W/cm2、压降0.3MPa的高散热指标,并取得如下创新性成果:提出了一种新型的芯片冷却用仿蜘蛛网型微通道结构,散热能力较矩形平直结构提升近10%,进出口压降更低;设计了一种阵列热源均温微通道散热器结构以及阵面级星型树状并行冷板结构,为相控阵天线各层级微通道冷板设计提供了参考。

关键词：相控阵天线微通道冷板拓扑结构均温性仿生

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微通道冷板在有源相控阵天线上的应用

电子机械工程 2013年第1期29卷 1-4,13页

作者：王从思宋正梅康明魁普涛李江江刘超西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室陕西西安710071

由于相控阵雷达热流密度的不断增长和较高的可靠性要求,其冷却技术也面临着极大的挑战,微通道散热技术成为应对这一挑战的新方法。文中分析了矩形微通道冷板的高宽比、通道宽度、流体入口速度和温度对其换热特性的影响,在此基础上得出... 详细信息

由于相控阵雷达热流密度的不断增长和较高的可靠性要求,其冷却技术也面临着极大的挑战,微通道散热技术成为应对这一挑战的新方法。文中分析了矩形微通道冷板的高宽比、通道宽度、流体入口速度和温度对其换热特性的影响,在此基础上得出矩形微通道冷板的一组最佳结构参数。相控阵雷达微通道冷板和普通S型冷板的散热效果比较表明,微通道冷板能更高效地对相控阵雷达进行散热,为相控阵雷达散热提供了一种新方法。

关键词：有源相控阵天线微通道冷板冷却散热

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微通道冷板低温钎焊技术研究

科技视界 2016年第12期 68-68,125页

作者：尹恩怀安占军李超中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安710068

本文采用Sn/Pb共晶钎料,研究了低温空气炉钎焊镀银铝合金(3A21)微通道液冷冷板的工艺技术,微通道宽度为0.5mm,通过剪切力学、X射线、水压密闭性三种手段对冷板的焊接质量进行分析,实验结果表面钎缝的剪切强度为44MPa、冷板流道内未出现... 详细信息

本文采用Sn/Pb共晶钎料,研究了低温空气炉钎焊镀银铝合金(3A21)微通道液冷冷板的工艺技术,微通道宽度为0.5mm,通过剪切力学、X射线、水压密闭性三种手段对冷板的焊接质量进行分析,实验结果表面钎缝的剪切强度为44MPa、冷板流道内未出现堵塞和液体泄漏现象。

关键词：微通道冷板铝合金低温钎焊

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微通道冷板的加工工艺及散热性能研究

电子机械工程 2017年第5期33卷 43-46页

作者：王猛刘卫刚赵冬竹陕西黄河集团有限公司陕西西安710043

文中阐述了微通道冷板的结构设计原则,给出了一种适用于微通道冷板的机械加工及焊接工艺方案。对冷板试验样件进行了焊接质量、密封性及强度检测试验,确定了其结构设计变量的合理取值。通过对比两种工艺性结构形式下冷板试验样件的散热... 详细信息

文中阐述了微通道冷板的结构设计原则,给出了一种适用于微通道冷板的机械加工及焊接工艺方案。对冷板试验样件进行了焊接质量、密封性及强度检测试验,确定了其结构设计变量的合理取值。通过对比两种工艺性结构形式下冷板试验样件的散热性能数据,得到了微通道冷板焊接方案的选用方法,相关结论可为同类型的冷板设计提供工程设计参考。

关键词：微通道冷板机械加工扩散焊接散热试验

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矩形槽道微通道冷板制造工艺技术

电子机械工程 2009年第4期25卷 38-40页

作者：李春林南京电子技术研究所江苏南京210013

对微通道冷板的制造工艺技术作了简要阐述。就微通道冷板的结构特点,分析了多种成形工艺方案,着重介绍了氮气保护铝钎焊焊接工艺技术。采用这种工艺技术研制出的微通道冷板,经X射线检测内部微槽道无钎料堵塞,经1.5 MPa水压密封试验焊缝... 详细信息

对微通道冷板的制造工艺技术作了简要阐述。就微通道冷板的结构特点,分析了多种成形工艺方案,着重介绍了氮气保护铝钎焊焊接工艺技术。采用这种工艺技术研制出的微通道冷板,经X射线检测内部微槽道无钎料堵塞,经1.5 MPa水压密封试验焊缝密封且冷板两侧薄壁大面无变形,满足了某机载有源相控阵雷达收发组件对冷板结构功能一体化的设计要求,应用该项工艺技术能满足产品批量生产的需求。

关键词：微通道冷板液冷高速铣削氮气保护铝钎焊

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基于结构函数理论的微通道冷板热阻研究

装备环境工程 2018年第6期15卷 82-87页

作者：翁夏西南电子技术研究所成都610036

目的寻找微通道冷板热阻与沸腾程度的关系。方法在结构函数的理论基础上,使用T3Ster对微通道冷板进行测量,从实验系统热路的微分结构函数中分离出微通道冷板的一维热阻。结果单相流动时冷板的一维热阻与热流密度之间不存在明显的关联。... 详细信息

目的寻找微通道冷板热阻与沸腾程度的关系。方法在结构函数的理论基础上,使用T3Ster对微通道冷板进行测量,从实验系统热路的微分结构函数中分离出微通道冷板的一维热阻。结果单相流动时冷板的一维热阻与热流密度之间不存在明显的关联。结论两相流动时冷板的一维热阻总体上随着微通道内沸腾的加剧而呈现出波动下降的趋势。

关键词：结构函数 T3Ster 热阻微通道冷板两相流

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微通道液冷冷板散热特性研究

雷达科学与技术 2021年第3期19卷 343-348页

作者：任恒房景仕张根烜中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽合肥230088

本文研究了3种典型构型微通道冷板的散热特性,分别为冷板盖板与翅片焊接、冷板盖板与翅片不焊接以及翅片双面插排形式。对比了3种不同构型冷板的散热能力并对3种构型冷板的流阻特性进行了研究,发现翅片排布越密集流阻越大,越不利于整个... 详细信息

本文研究了3种典型构型微通道冷板的散热特性,分别为冷板盖板与翅片焊接、冷板盖板与翅片不焊接以及翅片双面插排形式。对比了3种不同构型冷板的散热能力并对3种构型冷板的流阻特性进行了研究,发现翅片排布越密集流阻越大,越不利于整个液冷系统的流量分配。研究了冷却液流量对功率芯片温度的影响,发现冷却液流量较小时,流量增加可大幅降低芯片温度,当冷却液流量足够大时,冷却液流量对芯片温度影响不大。通过对不同翅片高度和不同单边厚度的冷板进行研究,发现翅片高度6 mm工况下当翅片和盖板间隙0.3 mm时冷板散热能力最强,其余厚度冷板翅片盖板间隙0.2 mm时散热能力最强。冷板单边厚度越小,传热热阻越小,功率器件温度越低。

关键词：液冷冷却微通道冷板换热能力流阻特性