光学 精密工程
2023, 31(20): 2943
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
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
1 合肥工业大学 工业与装备技术研究院, 合肥 230009
2 安徽省航空结构件成形制造与装备实验室, 合肥 230009
3 科大国盾量子技术股份有限公司, 合肥 230031
近红外单光子探测器是量子保密通信的重要组成部分, 降低其工作温度是提高探测效率的关键。文章讨论了铝合金散热器和均温板的温差特性, 研究了其启动速度随热流密度变化的关系, 分析了热流密度对散热器件热阻值的影响, 并搭建系统进行了实验验证。结果表明:均温板散热性能优于铝合金散热器, 温差能控制在2℃以内, 且均温板的启动速度更快。另外, 散热器尺寸对散热性能有着很大的影响, 加载相同热流密度时大尺寸的均温板能耗散更多热量。因此, 采用较大尺寸的均温板将有利于提升探测器的探测效率。
单光子探测器 均温板 热阻 热流密度 single photon detector vapor chamber thermal resistance heat flow density
1 北京电子工程总体研究所, 北京 100854
2 中国长峰机电技术研究设计院, 北京 100854
传统三维制导律设计通常将三维空间分成垂直面和水平面分别考虑, 容易导致耦合信息的缺失, 同时没有考虑导弹红外导引头对导弹头部热流密度的限制和终端速度约束。针对以上问题, 基于具有推力可控能力的导弹, 在视线旋转坐标系的视线瞬时旋转平面内进行制导律设计。该制导律包含根据运动伪装理论设计的一种新的满足运动伪装条件的视线法方向加速度指令, 以及通过变系数加权法综合考虑导引头热流密度限制及终端速度约束的视线方向加速度指令。数值仿真结果表明了存在导引头初始对准误差时, 该制导律在满足红外导引头对导弹头部的热流密度限制、终端速度约束以及轴向过载限制下对高速机动目标制导性能良好, 视线角速率可控制在3 ( °)/s以下, 具有一定的工程应用价值。
三维制导律 推力可控 运动伪装 导引头 热流密度 终端速度 3D guidance law thrust control motion camouflage seeker heat flux terminal velocity 红外与激光工程
2018, 47(3): 0304004
1 中南大学 物理与电子学院, 湖南 长沙 410083
2 湖南中医药大学 针灸推拿学院, 湖南 长沙 410208
结合热力学基本定律和热辐射理论, 改进了Pennes生物热传导方程, 描述艾灸生物组织内的热量传递过程。采用Green函数法推导了其解析解, 建立了定量解释艾灸不同生物组织如健康组织、肿瘤组织的温度变化行为的方法。提出温度衰减系数的概念来衡量组织内不同深度处的能量吸收情况。艾灸时皮肤表面温度的变化趋势与仿真结果的一致性验证了方法的有效性。振荡的能量流对于组织是温和的刺激, 这是生物组织实现良好功能的物理兴奋剂。结果表明, 高频能量主要被皮肤表层吸收, 而低频能量可以深入到生物组织内部。重要的是, 疾病可以通过艾灸热的深透作用来治疗。
艾灸 热流密度 Pennes方程 温度衰减系数 moxibustion heat flux pennes equation temperature attenuation coefficient
1 西安交通大学 能源与动力工程学院, 西安 710049
2 西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室, 西安 710049
为了满足大功率激光器件高热流密度及低表面温度的冷却需求，以R22为冷却工质，实验研究了在闭式系统中改变喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却中临界热流密度、冷却温度等冷却性能的影响，实验结果表明：在喷雾入口压力为0.8 MPa，喷雾高度为22 mm，入口温度为-3 ℃的实验条件下，当喷雾腔压力在0.2~0.4 MPa范围内变化时，随着喷雾腔压力的升高，临界热流密度值(CHF)先增大后减小，存在最优的临界热流密度，冷却壁面温度随着喷雾腔压力的升高而上升；当改变喷嘴孔径时，CHF存在最优值，过小及过大的孔径均会影响喷雾冷却性能；当喷嘴孔径为 0.4 mm，喷雾腔压力为0.34 MPa时， CHF值最高，为276.1 W·cm-2，其对应的被冷却表面温度为26.8 ℃，表面换热系数为 66 640 W·m-2·K-1。
喷雾冷却 相变换热 临界热流密度 喷雾腔压力 喷嘴孔径 spray cooling phase change heat transfer critical heat flux spray chamber pressure nozzle bore diameter 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2546
根据机箱热载荷等边界要求，对密闭机箱中的电子功能模块的热功耗和机箱热稳态下散热表面的热流密度进行了分析和计算。通过计算机箱与外部空气自然对流冷却下的热流密度值来分析机箱的整体散热性能，并将计算结果与空气自然对流散热的热流密度阈值进行比较；在此基础上使用建模软件 UG NX7.5完成机箱的 CAD数字样机建模；使用 ANSYS Icepak有限元热仿真分析软件进行 CFD(计算流体动力学分析)和热仿真分析，完成了机箱参数设定、网格划分，对机箱进行精确的热仿真计算，验证机箱热设计的可靠性，为其他同类电子设备热仿真分析与散热优化设计提供了参考。
热功耗 热流密度 机箱 热仿真 ANSYS Icepak软件 thermal-power consumption heat flux density chassis thermal simulation ANSYA Icepak software
