激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712006
中国科学院大连化学物理研究所化学激光重点实验室，辽宁 大连 116023
为了研究燃烧驱动DF/HF化学激光器燃烧室内H2/NF3（或D2/NF3）的混合燃烧特性，搭建了小型燃烧室平台。采用火焰荧光光谱法对燃烧室内H2/NF3燃烧火焰的形状和温度分布进行了测量和分析，光谱测量结果表明：在紫外可见光谱区域，H2/NF3燃烧火焰的自发光主要由N2（B）、NF（b）、NH（A）等电子激发态分子的辐射跃迁产生，其中N2（B）和NH（A）是燃烧过程中的关键物质成分，其发光强度可以很好地表征火焰燃烧的剧烈程度，可以用于定量测定燃烧火焰的长度；在近红外光谱区域，H2/NF3燃烧火焰自发光的光谱主要由HF（v）振动激发态分子的第一泛频振动转动跃迁谱带组成。利用HF（v=2→v=0）谱带的转动结构强度分布，结合电动平移台，给出了火焰温度沿气流方向的分布情况。考察了气体配比系数（NF3与H2的流量之比）对燃烧火焰温度分布的影响，结果显示：当气体配比系数较小时，燃烧室内气体温度沿气流方向下降得较为平缓；随着气体配比系数逐渐增大，气体温度沿气流方向下降得越来越快。燃烧火焰长度和火焰温度分布测量结果表明，燃烧室内的化学反应可能分为两个过程：一个是H2/NF3剧烈快速燃烧过程，此过程非常快，几乎一混合便立刻燃烧；另一个是过量NF3在高温下的热解离过程，此过程相对较慢，并且温度越低NF3的热解离越慢。因此，当NF3的占比较大时，需要较长的燃烧室滞留时间才能使过量的NF3充分解离为氟原子。
光谱学 荧光光谱 化学激光 燃烧室 温度分布 燃烧火焰 spectroscopy fluoresce spectra chemical lasers combustion chamber temperature profile combustion flame 中国激光
2023, 50(10): 1011003
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
为了得到热电式MEMS微波功率传感器的三维温度分布和时间常数,建立了传感器的三维等效电路模型。首先根据热-电参数的等效关系和传感器的结构建立等效电路模型。接着,对等效电路的单元模块进行理论分析。最后,根据建立的三维等效电路模型研究传感器的温度分布和响应时间。传感器的灵敏度为0.076 mV/mW @10 GHz,时间常数为56.24 μs。测试结果表明,传感器的灵敏度为0.06 mV/mW @10 GHz,时间常数为85 μs。所建立的三维等效电路模型不但可以得到微波功率传感器的响应时间,而且可以准确地得到热量在衬底的耗散情况。因此,本研究对热电式MEMS微波功率传感器设计具有一定的参考价值。
功率传感器 等效电路 温度分布 响应时间 MEMS MEMS power sensor equivalent circuit temperature distribution response time
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
电阻阵列的封装需求向着集成度高、大功率、深低温方向发展。为了满足130 K以下低温工作、稳态功率100 W以上的深低温应用需求，提出了一种利用液氮进行制冷的集成封装结构，并利用有限元仿真和实测验证相结合的方法验证了装置的制冷能力。结果表明，热沉钼与陶瓷电极板的厚度均为2 mm的情况下，加热功率在0.1~192.76 W区间内，有限元仿真得到的温度与实测温度最大误差小于7.67%，引起误差的主要原因是封装结构件的体热阻及界面热阻随温度发生变化而仿真时采用恒定热阻。结构能够在加热功率小于211.90 W的工况下正常工作。在设计的100 W稳定加热工况下，芯片衬底温度不高于101.9 K，热应力为5.66 MPa，满足设计要求。
有限元仿真 电阻阵列 封装结构 温度分布 finite element simulation resistor array package structure temperature distribution 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210721
1 南京信息工程大学江苏省大气海洋光电探测重点实验室，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备协同创新中心，江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学物理与光电工程学院，江苏 南京 210044
用折射率测量方法来获取被测流场温度分布时，应该首先确定流场成分。提出了一种联合相位和发射强度分布对流场进行区域划分的方法，以更好地确定每个区域的成分，尽可能提高温度重建的精度。选取蜡烛-空气（非预混火焰）和丙烷-空气（预混火焰）燃烧流场作为实验对象，将折射率、相位和发射强度分布进行匹配，在此基础上分析并确定两个流场不同区域的成分。通过比较基于相位分区方法（模型1）、发射强度分区方法（模型2）以及联合相位和发射强度分区方法（模型3）获得的温度结果，发现模型3的结果更合理。此外，还进一步讨论了联合相位和发射强度分布对流场进行区域划分的合理性和适用性，该结果可为基于折射率测量进行复杂流场温度重建的研究提供一些参考。
折射率 相位分布 发射强度分布 温度分布 refractive index phase distribution emission intensity distribution temperature distribution 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1922001
1 海军工程大学 教研保障中心，湖北 武汉 430033
2 海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430033
深入分析了利用恒热流边界条件下下降液膜（降膜）技术对**目标垂直进行红外抑制的方 法。建立了层流降膜的流动与传热模型，采用能量守恒法，忽略液膜入口段效应，得到了降膜表面 的温度分布，简化了求解过程。通过与不同研究者结果做对比，验证了能量守恒法对于评估降膜在 充分发展段换热过程的有效性。计算了探测器对采用液膜红外抑制技术后目标的识别距离，结果表 明：增大液膜流动的流量、合理控制液膜入口温度可增强对特定目标的红外抑制效果。本人的研究 方法和结论对**目标的红外抑制领域具有中重要的参考意义。
下降液膜 温度分布 恒热流边界条件 falling liquid films, temperature distribution, co
1 航空工业沈阳飞机设计研究所, 沈阳
2 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津
运用理论分析和数值模拟方法, 建立了光学系统结构件的受辐照加热模型, 以及结构件和光学元件的红外辐射在焦平面上形成的照度分布模型。并据此编制了仿真计算软件。通过该软件计算结果分析了激光照射在红外光学系统上所造成的温升分布情况, 以及由此产生的光学元件和结构件的二次辐射效应。对一种典型结构的光学系统温升效果进行了仿真计算, 并探讨了二次辐射对探测器工作的影响。发现即使入射激光波长与红外探测系统的工作波段不匹配, 仍然可能通过二次辐射对探测器的影响, 明显降低该系统的探测效能。
红外探测系统 二次辐射 温度分布 仿真模型 infrared detection system second radiation distribution of temperature simulation model
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
4 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
5 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094
液体强制对流换热因具有较高的可靠性和性能稳定性而被广泛使用于高功率板条激光介质介质的制冷，但沿流场方向产生的温度梯度会显著改变激光介质的热应力状态而带来不良影响。提出了基于冷却流场与目标温度匹配控制思路的双大面侧泵激光介质纵向强制对流冷却方案（Longitudinal forced convection），利用非定常边界条件的流?固耦合有限元仿真方法对比了全腔浸泡对流冷却（Cavity forced convection）、微通道传导冷却技术方案（Micro-channel conduction），针对入口流量、流场状态、流道壁面条件等因素进行了详细研究。在30 L/min入口流量下，该方案热交换区域固液界面平均对流换热系数达104 W·m?2·K?1量级，且均匀分布。此外，通过改变壁面粗糙程度能够获得更高的对流换热系数。根据设计结果研制了一套板条激光放大器，实验监测点的温度结果与模拟仿真预测结果相吻合，冷却性能达到预期。
热管理 板条晶体 计算流体力学 强制对流换热 温度分布 thermal management slab crystal computational fluid dynamics forced convection heat transfer temperature distribution 红外与激光工程
2020, 49(9): 20200556
