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精细化涡扇发动机过渡态建模与验证

推进技术 2023年第5期44卷 41-49页

作者：贾琳渊夏禹陈仲光陈玉春宋可染西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳100015 清华大学航空发动机研究院北京100084

为了提高涡扇发动机过渡态性能仿真的精度并实现过渡态性能计算模型的工程应用,梳理了不同因素对涡轮发动机过渡态性能的影响机理,介绍了各影响因素的建模方法,在此基础上建立了精细化涡扇发动机整机过渡态性能仿真模型。研究分析了总... 详细信息

为了提高涡扇发动机过渡态性能仿真的精度并实现过渡态性能计算模型的工程应用,梳理了不同因素对涡轮发动机过渡态性能的影响机理,介绍了各影响因素的建模方法,在此基础上建立了精细化涡扇发动机整机过渡态性能仿真模型。研究分析了总温、总压和燃油流量传感器的过渡态效应及其建模方法。最终利用涡扇发动机整机地面台架加减速性能试验数据对精细化过渡态模型进行了验证,结果表明:高低压物理转速、推力、压气机出口总压和内涵排气温度的平均误差分别为0.45%,0.77%,0.61%,0.44%和1.77%,最大误差分别为2.82%,1.92%,7.45%,5.67%,5.28%,加速时间的误差小于0.26s。本文揭示了过渡态性能仿真模型误差的机理。

关键词：涡扇发动机叶尖间隙热存储过渡态部件级模型传感器误差

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集成管道生物质蓄热墙设计及热工性能研究

太阳能学报 2022年第10期43卷 319-325页

作者：郭娟利金勇运李美玲赵建华刘哲天津大学建筑学院天津300072 西部绿色建筑国家重点实验室/西安建筑科技大学西安710055 天津大学国际工程师学院天津300072

针对传统生物质墙体存在集热蓄热差的热工问题,提出一种以太阳能为热源的集成管道生物质蓄热墙体,通过建立对比实验模型,分别测试墙体系统及室内物理环境参数,研究2种模型存在的热效率差异,并对实验组墙体系统进行供热性能分析。结果表... 详细信息

针对传统生物质墙体存在集热蓄热差的热工问题,提出一种以太阳能为热源的集成管道生物质蓄热墙体,通过建立对比实验模型,分别测试墙体系统及室内物理环境参数,研究2种模型存在的热效率差异,并对实验组墙体系统进行供热性能分析。结果表明:所提出的集成管道生物质墙体系统具有良好的集热、蓄热性能;管道流系统循环控制策略应适应当地气象条件以优化系统供热效率;集成管道生物质蓄热墙节能率可达79.3%,经济效益明显,在生物质能与太阳能富集地区具有广泛应用前景。

关键词：生物质太阳能供暖热存储热效率蓄热墙

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基于近场辐射的热读写理论研究

工程热物理学报 2023年第6期44卷 1617-1621页

作者：刘鸣宇陈勇夏学鹰南京师范大学能源与机械工程学院南京210023

电致变色器件的无色和着色两种物理状态代表二进制信号0和1,其物理状态能够以近场辐射热流强弱确定。本文基于WO3电致变色器件近场辐射规律,提出一种二进制热读写理论模型,阐述了其实现热读写功能的机理。定义开关系数表征两种物理状态... 详细信息

电致变色器件的无色和着色两种物理状态代表二进制信号0和1,其物理状态能够以近场辐射热流强弱确定。本文基于WO3电致变色器件近场辐射规律,提出一种二进制热读写理论模型,阐述了其实现热读写功能的机理。定义开关系数表征两种物理状态之间近场辐射传热能力的差别。开关系数越大则两种物理状态对应的近场辐射传热能力差距越大,信号读取精度就越高。本文基于电磁场理论研究开关系数与真空间距的关系,提出热读写的最优结构。本文可以为数据读写提供不同的研究思路。

关键词：近场辐射微结构电致变色器件热存储

AlGaN/GaN HEMT热存储和电热耦合可靠性研究

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AlGaN/GaN HEMT热存储和电热耦合可靠性研究

作者：刘昌西安电子科技大学

学位级别：硕士

人类对高频大功率领域微电子技术的需求催生了以GaN为代表的第三代半导体材料的出现和发展。GaN的优异性能使其成为新型半导体材料中佼佼者。自上世纪90年代初人们制造出第一只AlGaN/GaN HEMT器件以来,经过近30年的研究发展,GaN基HEMT... 详细信息

人类对高频大功率领域微电子技术的需求催生了以GaN为代表的第三代半导体材料的出现和发展。GaN的优异性能使其成为新型半导体材料中佼佼者。自上世纪90年代初人们制造出第一只AlGaN/GaN HEMT器件以来,经过近30年的研究发展,GaN基HEMT器件已经遍及人类生产生活的各个方面,但其可靠性问题依然突出,以自热效应、高温、高场为代表的可靠性问题严重制约其进一步的发展和应用。为此,文章利用仿真和实验相结合的方法对AlGaN/GaN HEMT器件的自热效应,高温热存储和电热耦合可靠性进行了研究。首先在了解HEMT工作原理的基础上,利用Silvaco和COMSOL软件仿真了器件的自热效应,得到了器件内部的温度分布和参数变化。仿真结果表明使用蓝宝石衬底的器件有非常严重的自热效应,造成了器件直流特性和交流特性的衰退。使用SiC等高热导率的衬底材料或倒装芯片结构能有效抑制器件的自热效应。然后对AlGaN/GaN HEMT实验样品进行了不同时间长度的热存储实验。实验结果表明热存储改善了器件的直流输出和转移特性,造成了器件漏极电流和跨导峰值的上升。通过对比热存储前后器件栅电容的变化可知热存储后沟道二维电子气浓度的增大和有效势垒层厚度的减小是造成这种变化的原因。热存储同时改善了器件的电流崩塌特性,说明经过热存储器件势垒层表面态数目减少了。但热存储后器件栅泄露电流特性和栅延迟特性没有明显变化,说明热存储对器件栅-势垒层界面陷阱和栅漏间表面陷阱影响不大。通过统计不同存储时间器件参数的改善量可以发现热存储对器件参数的改善存在最优的存储时间。最后在不同的环境温度下对AlGaN/GaN HEMT实验样品分别施加开态应力和关态应力,研究了器件的电热耦合可靠性。实验结果表明单纯环境温度的升高会导致器件漏极电流和跨导峰值的下降,且下降率随温度均匀变化。其主要原因是高温环境中器件沟道处二维电子气迁移率的下降。在高温下对器件施加电应力后器件的转移特性和栅泄露电流特性会进一步退化,但关态应力所造成的退化程度更大。比较两种应力的恢复特性可以发现施加过开态应力的器件恢复特性良好,而施加过关态应力的器件有部分永久退化难以恢复。通过统计不同温度下器件在电应力下的退化率可以发现,开态应力下器件的退化率会随环境温度的升高而下降,而关态应力下器件的退化率与环境温度没有明确的关系。据此分析出器件在开态应力下的退化是有热电子驱动的陷阱俘获机制引起的,而高场驱动的逆压电极化机制则导致了器件在关态应力后的退化。此外还通过加速寿命实验对实验样品的使用寿命进行了评估。

关键词： AlGaN/GaN HEMT 自热效应热存储电热耦合

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氮化镓HEMT器件开态应力研究

氮化镓HEMT器件开态应力研究

作者：陈勋西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代微电子技术的飞速发展,对于半导体器件的性能指标要求越来越高。氮化镓作为新一代半导体材料,具有耐高温、高击穿和高电子饱和速度等优异的特性,这为其在高频、大功率领域的应用打下了良好的基础。作为功率器件,高温、高电压和... 详细信息

随着现代微电子技术的飞速发展,对于半导体器件的性能指标要求越来越高。氮化镓作为新一代半导体材料,具有耐高温、高击穿和高电子饱和速度等优异的特性,这为其在高频、大功率领域的应用打下了良好的基础。作为功率器件,高温、高电压和大电流等是其常见的工作环境,长时间的工作会使器件性能发生退化,对其可靠性产生影响。本文对AlGaN/GaN HEMT器件在高温与开态应力下的退化开展了研究,分析导致其退化的内在机理,主要研究成果包括:（1）对器件进行了温度特性研究。开展了热存储实验,发现225℃的热存储对器件基本特性影响不明显,但通过低频1/f噪声测试发现热存储可以有效减少器件内部的缺陷态密度。进一步通过开态实验发现热存储处理有利于减少器件内部的陷阱密度,削弱器件的退化程度,提高器件的可靠性。变温特性测试发现,高温下器件的漏极电流和跨导特性会因载流子迁移率的降低而减小,肖特基势垒高度会随温度的增加而减小,使器件的栅极漏电增加。（2）对器件进行了室温开态应力研究。实验发现,在开态热电子的散射作用下,器件饱和漏极电流和峰值跨导下降,阈值电压正向漂移。通过导通电阻及应力栅电流的分析表明,室温下热电子主要散射至栅漏间的势垒层,被势垒层陷阱所俘获,从而耗尽沟道电子,还能与势垒层晶格原子发生碰撞,产生新的缺陷,并用低频1/f噪声测试对缺陷态密度的变化进行表征。通过设计不同偏置的开态应力实验分析了漏极电压与栅极电压对器件退化的影响,漏极电压越高和栅极电压越大,会使热电子的能量和数量增加,导致器件的退化加剧。（3）对器件进行了高温开态应力下的电热耦合效应研究。通过85℃高温开态应力实验发现,饱和漏极电流、峰值跨导降低,阈值电压正向漂移等退化相比室温开态应力下显著增加,且关态漏极电流大幅度上升,出现源漏穿通现象。器件的退化仍受漏极电压的影响,漏极电压越高,器件退化越大,这说明85℃下热电子仍是造成器件退化的主要因素。器件的退化加剧是由于高温下热电子不仅会散射至势垒层,还能散射进入缓冲层,增强对沟道电子的耗尽作用,在缓冲层中产生新的缺陷,并通过低频1/f噪声测试对缺陷态密度的变化进行了表征。进一步研究了温度对高温开态电热耦合应力的影响。实验结果表明,温度增加至125℃,器件饱和漏极电流等特性的退化程度与退化速率大幅度增加,说明提高温度会加剧器件在开态应力下的退化。本论文的研究成果,对于深入理解氮化镓HEMT器件在高温、开态应力下的退化机理,进而提升其可靠性,具有重要的参考价值。

关键词： AlGaN/GaN HEMT 热存储开态热电子高温

NaNO3、KNO3和NaNO2熔盐的Raman光谱测定与计算

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太阳能学报 2018年第4期39卷 952-956页

作者：胡宪伟史向凯张宽李晓飞东北大学冶金学院

采用Raman光谱法,结合量子化学计算,进行不同温度下NaNO3、KNO3和NaNO2熔盐的结构研究,发现这3种物质Raman特征峰的半高宽随温度的增高而增大;得到3种熔体中N-O离子团的v1特征峰Raman频移随N-O键长的变化关系方程;同时研究还发现,NaNO3... 详细信息

采用Raman光谱法,结合量子化学计算,进行不同温度下NaNO3、KNO3和NaNO2熔盐的结构研究,发现这3种物质Raman特征峰的半高宽随温度的增高而增大;得到3种熔体中N-O离子团的v1特征峰Raman频移随N-O键长的变化关系方程;同时研究还发现,NaNO3和KNO3熔化后,NO3^-的v1特征峰红移,而NaNO2熔化后,NO2^-的v1特征峰蓝移,且随着温度的升高,熔融态的3种物质中N-O离子团的N-O键长增加。研究结果有助于进一步开展二元和三元混合熔盐的结构变化研究。

关键词：熔体结构 Raman光谱法热传导热存储

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城市冠层模式对城市气温模拟的改进

南京大学学报（自然科学版） 2008年第3期44卷 250-257页

作者：周荣卫蒋维楣何晓凤南京大学大气科学系南京210093

建立了一个城市冠层模式,并将该模式耦合在精细城市边界层预报模式中.城市冠层模式对城市地区地面气温夏季和冬季的模拟情况均优于传统平板模式的模拟结果,尤其是夜间地面气温的量值及变化趋势.城市冠层模式详细的考虑城市冠层建筑物三... 详细信息

建立了一个城市冠层模式,并将该模式耦合在精细城市边界层预报模式中.城市冠层模式对城市地区地面气温夏季和冬季的模拟情况均优于传统平板模式的模拟结果,尤其是夜间地面气温的量值及变化趋势.城市冠层模式详细的考虑城市冠层建筑物三维结构对长短波辐射的作用以及热量存储能力.建筑物密集地区冠层地表反照率要低于建筑物相对稀疏地区,以北京地区的模拟为例,古观象台地表反照率夏季为0.167,冬季为0.163,南郊观象台夏季反照率为0.170,冬季为0.167.城市冠层模式能够较为准确的模拟城市地区地表能量平衡关系,白天净辐射通量要大于平板模式模拟结果,大多数能量存储在冠层三维结构中,感热通量较低;夜晚冠层释放存储的热量加热冠层表面,冠层通过向上的感热通量传输加热上部大气,夜间感热通量表现为正值.

关键词：城市冠层边界层预报模式反照率热存储

纳米相变胶囊的制备、表征与传热强化研究进展

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储能科学与技术 2017年第4期6卷 633-643页

作者：方昕汪明军张晓龙吕洪坤俞自涛国网浙江省电力公司电力科学研究院浙江杭州310014 浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027 杭州意能电力技术有限公司浙江杭州310014

作为一种新型的蓄热材料,纳米相变胶囊能够解决热量供求时间、空间和强度上的不匹配,在余热回收、太阳能热利用、电子器件热管理等多个领域具有广阔的应用前景。从样品制备、物性表征以及传热强化3个方面,对纳米相变胶囊最新的研究成果... 详细信息

作为一种新型的蓄热材料,纳米相变胶囊能够解决热量供求时间、空间和强度上的不匹配,在余热回收、太阳能热利用、电子器件热管理等多个领域具有广阔的应用前景。从样品制备、物性表征以及传热强化3个方面,对纳米相变胶囊最新的研究成果进行了总结。介绍了常见的纳米相变胶囊制备方法及对形貌、尺寸的影响,比较了各种方法的优劣。物性表征的结果显示,胶囊化的方式可以有效防止相变材料发生泄露,获得更好的热稳定性。纳米相变胶囊显著提升了相变材料的导热系数、降低了相变材料的过冷度,同时也没有造成相变乳液的黏度出现大幅度提高。此外,实验和数值模拟的结果都表明纳米相变胶囊能够有效提升工质的传热性能。

关键词：纳米胶囊热存储相变材料相变乳液强化传热

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GaN基HEMT高温特性及热可靠性研究

GaN基HEMT高温特性及热可靠性研究

作者：姜守高西安电子科技大学

学位级别：硕士

第三代半导体材料GaN由于具有击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高等优良特点,因此相关器件在高温、大功率应用方面具有非常广阔的应用前景。虽然近年来对GaN基HEMT器件的高温、大功率应用已有相当的研究,但对器件高温特性及其热... 详细信息

第三代半导体材料GaN由于具有击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高等优良特点,因此相关器件在高温、大功率应用方面具有非常广阔的应用前景。虽然近年来对GaN基HEMT器件的高温、大功率应用已有相当的研究,但对器件高温特性及其热可靠性的研究仍然不够深入。在此背景下本文主要通过仿真及实验对器件的高温特性及热可靠性进行了研究。首先,本文对器件的基本工作机理进行了研究,结合热传导相关理论,对器件正常工作下的自热效应进行了仿真研究,获得了器件内部详细的热分布、热产生以及电学特性的下降。文章通过进一步的仿真研究获得了器件在高温应用的直流特性的退化规律。接着,文章对自主研制的GaN基HEMT器件进行了高温测试,研究了器件在高温环境下各种直流、交流特性的退化规律并给出了退化的物理机制。研究表明,高温下器件二维电子气特性发生明显退化,且位置有向GaN缓冲层漂移的趋势,此外,高温下器件势垒层及AlGaN/GaN界面的陷阱活性增强,陷阱辅助遂穿作用增强,这些因素共同造成了器件电学特性的退化。最后,文章对器件的高温热存储可靠性进行了研究。研究表明,高温热存储后,器件二维电子气明显向势垒层漂移,导致势垒层有效厚度减小,同时器件AlGaN/GaN界面退化,二维电子气迁移率的降低,从而引起了器件一系列电学性能的严重退化。

关键词： AlGaN/GaN 高温特性热存储电流崩塌