星载电子器件用空气射流散热特性

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1、2015年8月第4l卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2015V01．4lNo．8http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0596星载电子器件用空气射流散热特性刘亮堂，王安良+(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：在前期设计卫星大功率电子设备地面测试用通风散热系统的基础上，对系统散热性能进行了优化设计，对不同结构参数下电

2、子器件的空气射流强化散热开展了数值仿真．研究结果表明系统中喷嘴出口直径、喷嘴出口至换热面距离、射流倾斜角以及喷嘴出口风速等参数对散热性能均有直接影响，并给出了定量的无量纲参数优化设计结果．该结论也可应用于表面热流密度为1kW／m2级电子器件散热的优化设计，并为星载大功率电子设备对流式热控系统设计和地面测试提供技术参考．关键词：大功率电子器件；卫星；通风散热；空气射流；优化设计中图分类号：V444．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)08．1553-07作为大多数电子设备的关键组成部分，功率器件的工作状态的好坏直接影响整机的可靠性．

3、近些年来随着电子技术的不断发展，电子元器件的发热功率和热流密度越来越高，冷却散热工程正面临严峻的挑战，在航天器应用领域尤其严重，即使在地面测试时，尚需要专门设计电子设备冷却系统⋯．航天器热控制技术分为被动式热控和主动式热控．被动式热控包括温度涂层、布置热管等方式；主动式热控包括辐射式热控、对流式热控和传导式热控3种形式．其中，对流式热控技术是利用流体的对流换热作用对航天器进行整体或局部热控制的方法，该技术在地面电子设备冷却方面一直有着独特的优势．一方面，对流换热系数较高，且空气有一定的电绝缘性，适合于复杂结构的电子设备的散热；另一方面，对于一些对温度

4、均匀性有较高要求的电子设备方便实施．为此，对流式热控技术在载人飞船和卫星等方面一直受到重视和关注旧o．前苏联的第一颗卫星Sputnik和后续研制的一些卫星均采用了舱内对流换热技术．而在我国现有的卫星中，因考虑到对流热控技术存在风扇等运动部件会消耗卫星上珍贵的能源，影响卫星的任务要求及运行寿命，且密封舱会增加卫星总重量，因此还没有采用对流热控技术，只是在卫星地面测试过程中，以附加热控的形式得到了应用，且该项技术已作为我国卫星热控设计的候选方案之一．在卫星地面测试过程中，由于包含多种散热条件极其恶劣的环境状态，需要专门对卫星电子设备设计散热系统．前期，针

5、对某型号卫星设计了基于强制通风的地面附加热控系统，在实际应用中取得了良好的效果，该系统仍有很大的改进空间，比如采用空气射流强化换热．作为对流换热方式的一种，射流冲击是一种极其有效的强化局部散热的方法．由于流体冲击到换热面上时，在驻点附近会形成很薄的边界层，因而其对流换热系数要比常规的高出几倍甚至一个数量级．目前国内外已有许多学者对射流冲击换热问题进行了理论与实验研究，如zu和Yan¨1及Zhang等¨。分析了收稿日期：2014-09-26；录用日期：2014-10-25；网络出版时间：2015-01—1618：12网络出版地址：WWW．enki．ne

6、t／kcms／detail／11．2625．V．20150116．1812．003．html作者简介：刘亮堂(1989一)，男，硕士研究生，河南商丘人，liangtangliu@163．corn}通讯作者：王安良(1974一)，男，讲师，山西新绛人，wanganliang@buaa．edu．en，主要研究方向为工程热物理和卫星热控技术．引用格式：刘亮堂，王安良．星载电子器件用空气射流散热特性ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41f8)：1553—1559．LiuLT。WangAL．Characteristicofairjetimpingement

7、coolingperformanceforelectronicequipmentofsatellitefJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronautiesandAstronautics，2015，41(8)：1553·1559(inChinese)．1554北京航空航天大学学报2015年在不同湍流模型下射流冲击的流动与传热特性．Yang等”1分析了射流冲击下半圆形凹凸面的散热性能，并给出当雷诺数m一定时，在靠近凹凸面的区域里，射流间距对系统散热性能的影响较大．Huang和Yang等¨剖通过数值分析了射流冲击换热系统中

8、柱鳍热沉的高度、宽度及喷嘴到柱鳍热沉的距离等结构参数对散热性能的影响，并给出了相应的优化设计结果．Mavee