低熔点合金储热性能的实验测量和仿真.pdf

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1、硕士学位论文低熔点合金储热性能的实验测量和仿真EXPERIMENTALMEASUREMENTANDSIMULATIONOFTHERMALSTORAGEPERFORMANCEOFLOW-MELTING-POINTALLOY徐文杰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：536.2密级：公开工学硕士学位论文低熔点合金储热性能的实验测量和仿真硕士研究生：徐文杰导师：刘林华教授申请学位：工学硕士学科：工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月26日授予学位单位：

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK124U.D.C:536.2DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringEXPERIMENTALMEASUREMENTANDSIMULATIONOFTHERMALSTORAGEPERFORMANCEOFLOW-MELTING-POINTALLOYCandidate：XuWenjieSupervisor：Prof.LiuLinhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeci

3、alty：EngineeringThermophysicsAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June26，2018Degree-ConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电子芯片向小型化、高集成度发展，导致其发热量和热流密度变大，迫切的需要寻找高效的散热措施。储能式温控单元结构简单，可靠性高，无运动部件，无动力驱动，不受重力影响，特别适用于航空航

4、天领域的间歇性瞬时大功率电子芯片的控温。低熔点合金具有高导热率、高储热密度、性能稳定的优点，是优异的相变储能材料。一般芯片的结温应小于150℃，为保证芯片正常工作，其最高温度需要低于这个温度值，考虑到芯片自身、封装、散热设备安装等产生的热阻，一般选择相变温度小于85℃的低熔点合金。本文使用高频真空加热炉制备了5种已知的相变潜热较高的低熔点合金，采用差示扫描量热法、激光闪射法、排水法分别测量了低熔点合金的相变温度、相变潜热、热扩散率和密度，为低熔点合金在储热领域的大规模应用提供基础数据。从热力学角度推导了低熔点合金相变潜热

5、的预测公式，考虑了低熔点合金各组元的潜热、各组元固液相比热容的差异及混合熵对低熔点合金相变潜热的贡献，选取9种已知的低熔点共晶合金验证了相变潜热公式的准确性，最大误差为19.35%，最小误差为1.86%。同时，按照一定规则配制了3种低熔点合金，并测量了热物性。实验测量了低熔点合金在实际应用中的储热性能。搭建了实验台，研究了相变温度在40~85℃之间的5种低熔点合金、热流密度和加热功率对储能式温控单元性能的影响。结合测量的热物性参数，采用CFD软件进行了低熔点合金熔化过程的仿真，将仿真结果与实验结果作对比，具有很好的一致性

6、。分析了不同热流密度和加热功率条件下，低熔点合金的熔化和传热过程。低熔点合金Cd8.5Sn11.3Pb37.7Bi42.5潜热最大，热扩散率较高，控温性能最好。研究发现热流密度和加热功率对储热性能都有影响。比较相同加热功率24W、不同热流密度24.00W/cm2、6.00W/cm2、2.67W/cm2、1.50W/cm2、0.96W/cm2的储热性能时，发现热流密度过大，会使得热量不能及时传导到整个储能式温控单元，合金不能及时熔化，储能式温控单元失效。本文实验条件下，当热流密度小于2.67W/cm2时，热流密度的大小对储

7、能式温控单元性能的影响忽略不计，这一临界值与具体低熔点合金和外界条件有关。比较相同的加热面积，加热功率20W、24W、28W、32W和36W时的储热性能，发现功率越大，储能式温控单元的温度不均匀性越大，失效时的吸热量越小。关键词：低熔点合金；相变储热；潜热预测；控温I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractDuetotheminiaturizationandhighintegrationofelectronicchips,theheatandheatfluxofelectronicchipsareincreasin

8、g,anditisurgentlyneededtofindefficientheatdissipationmeasures.Theenergystoragetypetemperaturecontrolunithasasimplestructure,highreliability,nomovingparts,nopow