光学 精密工程
2023, 31(20): 2943
1 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室，绵阳 621000
2 山东大学空间科学与物理学院，威海 264200
本文首先通过磁控溅射技术在单晶Si和Al2O3陶瓷衬底上分别依次沉积厚度为600 nm的Cu和Cu55Ni45薄膜，然后使用微加工技术在10 mm×10 mm的衬底区域内制备了200对串联的热电偶组成薄膜热电堆结构，最后采用反应溅射联合硬掩膜沉积了不同厚度的氧化铝热阻层，使串联的热电偶分别产生冷端和热端。根据Seebeck效应，在热流的作用下薄膜热电堆冷热两端的温差使传感器输出热电信号，实现对热流密度的测量。通过对薄膜热电堆的表征与标定，结果表明：沉积在Si衬底与Al2O3陶瓷衬底上的Cu/Cu55Ni45热电堆中，Cu膜粗糙度分别为20和60 nm，Cu55Ni45膜粗糙度分别为15和20 nm，电阻分别为38.2 Ω和2.83 kΩ，灵敏度分别为0.069 45和0.026 97 mV/(kW·m-2)。具有不同表面粗糙度的单晶Si衬底与Al2O3陶瓷衬底会影响在其表面沉积的Cu/Cu55Ni45热电堆表面粗糙度，进而导致薄膜热电堆产生电阻大小差异，此外，Cu/Cu55Ni45热流传感器的输出热电势与热流密度呈现良好的线性关系。
薄膜热电堆 磁控溅射 微加工 Seebeck效应 热流传感器 灵敏度 thin film thermopile magnetron sputtering microfabrication Seebeck effect heat flux sensor sensitivity
1 重庆大学 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆 400044
2 重庆大学 核工程与核技术系重庆 400044
窄矩形通道因具有结构紧凑等优点而被广泛应用于各个领域。为完善窄矩形通道中临界热流密度（Critical Heat Flux，CHF）的预测方法，提高反应堆安全性和经济性，本文进行了不同窄缝宽度下窄矩形通道内CHF可视化试验来探索CHF触发机理。实验同步采集不同窄缝宽度下可视化结果和热工水力数据，结果发现：当窄缝宽度分别为5 mm、3 mm、2 mm和1 mm时，在发生CHF时，通道内流型分别对应泡状流、弹状流、搅混流和环状流。在发生CHF前，在泡状流、弹状流和搅混流都存在温度波动。在环状流中CHF涉及到区域由初始的干斑逐渐扩展；在搅混流时CHF涉及到的区域较小；而弹状流涉及到的区域最广；在泡状流中加热壁面温度波动频率最高。当系统压力在1?4 MPa范围内、在窄缝宽度为1 mm时，系统压力与CHF之间存在非线性关系，而在其余通道中随着系统压力增加CHF增加。因此，窄缝宽度对窄矩形通道中CHF有非常重要的影响。本文分析结果可为CHF机理模型的建立提供思路。
临界热流密度 窄矩形通道 窄缝宽度 可视化 触发机理 Critical heat flux (CHF) Narrow rectangular channel Gap size Visualization Triggering mechanism
1 生态环境部核与辐射安全中心北京 100082
2 国家环境保护核与辐射安全审评模拟分析与验证重点实验室北京 100082
反应堆压力容器内熔融物滞留是先进反应堆设计严重事故缓解措施中的重要选项之一，在维持反应堆压力容器的完整性，包容堆芯熔融物方面具有重要作用。确保熔融物滞留有效性的关键是保证下封头内壁热负荷不超过下封头外壁面换热能力，而且在整个过程中不发生结构失效，即下封头剩余壁厚能够实现熔融物的承载。应用ASTEC程序，基于大型先进压水堆的设计，针对反应堆压力容器内熔融物滞留系统运行过程中冷却剂热工参数、下封头外壁面临界热流密度和最终下封头厚度进行计算分析，通过研究熔池对下封头的熔蚀和剩余厚度，判断下封头残留厚度对于熔融物的包容，评估系统的有效性。结果表明：在下封头较上部位置的部分区域内，换热较为剧烈，其中热流密度最大值出现在熔融物分两层的交界处，事故过程中下封头内壁将被熔融物金属层熔化，剩余厚度满足包容要求，但是最终剩余厚度十分有限。
严重事故 ASTEC 反应堆压力容器内熔融物滞留 临界热流密度 Severe accident ASTEC In-vessel retention Critical heat flux
石家庄旭新光电科技有限公司,平板显示玻璃技术和装备国家工程实验室,石家庄 050035
通过分析TFT-LCD玻璃基板生产线铂金通道材质、性能、加热方式、控制模式及变压器设计等因素,研究快速调整铂金通道热通量的方法:基于原边或副边的抽头结构,选择铂金通道加热模式,通过组合抽头调整变压器的输出电压,精确控制铂金温度满足不同负载的需求。变压器配备档位切换开关,并可简单快捷调整输出电压。由于可随机精确调节输出电压,解决了电能利用率低的问题,并实现了快速调整热通量,提高了电源效率。
玻璃基板 铂金通道 热通量 变压器 TFT-LCD TFT-LCD glass substrate platinum channel heat flux transformer
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 北京航天计量测试技术研究所, 北京100076
为满足实验室条件下长时间、高精度的热流密度测量要求，基于电替代测量原理研制了一种新型辐射热流计，该型辐射热流计可通过自校准的方式溯源至国际单位制单位。本文简述了辐射热流计的系统构成，结合辐射热流计的测量原理，分析并计算了辐射热流计自校准过程中9项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。通过与中国计量科学院所标定的标准探测器比对，计算了辐射热流计的不确定度，最后根据实验数据及分析结果为该型热流计的优化设计提供了参考。实验结果表明：辐射热流计的相对标准不确定度优于0.26%，与标准探测器的归一化偏差为0.60，验证了不确定度评估结果。实验结果将为辐射热流计下一阶段的研制提供有效参考。
辐射热流 热流计 自校准 不确定度 比对 radiation heat flux heat-flux meter self-calibration uncertainty comparison
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 中国地质大学(北京)工程技术学院, 北京 100083
3 北京大学 集成电路学院, 北京 100091
近年来, 以嵌入式微流体液冷散热技术为代表的主动热管理因其优异的散热性能而被广泛研究。然而, 嵌入式微流体液冷散热技术常使用体积较大的外置泵、阀等构成流体回路, 以致该技术难以应用于现有的射频微系统。该文提出了一种集成压电微泵阵列的一体化自闭环微系统热管理方法, 并完成了该微系统样机的设计与研制。在常温、高温与低温环境下分别对该微系统样机供液流量及散热性能进行了测试。常温测试结果表明, 在芯片热流密度为250.9 W/cm2时, 芯片表面温升能控制在56 ℃以下, 而集成的2×2压电微泵阵列实现了高达57 mL/min的供液流量。该技术可用于解决高功率射频微系统的高效一体化热管理问题。
热管理 微系统 压电微泵 热流密度 内嵌微通道 thermal management microsystem piezoelectric pump heat flux embedded microchannel
在晶体生长过程中，固液界面形状与界面附近热流的状态有关。影响固液界面附近热流方向的因素有外部温场分布和材料热导率等。总结了常用的固液界面控制方式，然后采用CGSim温场模拟软件对3种使用不同支撑结构的晶体的生长过程进行了模拟，并对籽晶区以及锥形区内部固液界面的形状进行了对比。结果显示，支撑结构对籽晶区及锥形区内部固液界面的控制影响较大；通过采用合适的支撑结构设计并选取合适材料，同时配合外部温场的调节，能够得到理想的凸形固液界面。
固液界面形状 晶体生长 支撑结构 热流 solid-liquid interface shape crystal growth support structure heat flux
