用于微納衛(wèi)星高熱流密度器件的微槽熱沉性能分析與優(yōu)化.pdf

1、航天技術(shù)的飛速發(fā)展使得衛(wèi)星的體積和質(zhì)量逐漸趨于小型化，而微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)的巨大進(jìn)步客觀上允許電子芯片的功能密度越來(lái)越高。在高真空、強(qiáng)輻射和低重力等特殊的空間環(huán)境條件下，微納衛(wèi)星小空間范圍內(nèi)元器件的散熱顯示出與普通環(huán)境下不同的特點(diǎn)。本文以微尺度傳熱學(xué)界普遍研究的微槽熱沉為背景，結(jié)合微納衛(wèi)星特殊的工作環(huán)境及其特點(diǎn)，考慮到未來(lái)微納衛(wèi)星的發(fā)展對(duì)熱設(shè)計(jì)的更高要求，探究了微泵驅(qū)動(dòng)單相流體循環(huán)微槽熱沉冷卻在微納衛(wèi)星上應(yīng)用的有關(guān)問(wèn)題。

2、r>　　本文首先建立一種適用于微納衛(wèi)星上的主動(dòng)熱控系統(tǒng)模型：基于MEMS的微泵驅(qū)動(dòng)單相流體循環(huán)微槽熱沉冷卻系統(tǒng)。采用節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)法(又稱(chēng)集總參數(shù)法)對(duì)在軌微納衛(wèi)星分別建立微槽熱沉和輻射器的熱力學(xué)模型。分析了空間熱環(huán)境對(duì)在軌衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的影響并且對(duì)星上發(fā)熱器件的熱響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算。將專(zhuān)家智能鑒定與PID控制原理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制參數(shù)----冷卻流體流率的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，從而精確控制熱敏感電子器件的溫度。其次，針對(duì)微槽熱沉本身，為發(fā)揮其最大的

3、散熱優(yōu)勢(shì)，對(duì)矩形結(jié)構(gòu)槽道的熱沉進(jìn)行了尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。整個(gè)優(yōu)化過(guò)程基于流體流動(dòng)的連續(xù)介質(zhì)模型，即N-S方程。從水力學(xué)和熱力學(xué)兩方面對(duì)模型的邊界條件進(jìn)行了說(shuō)明。優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想是：先選用四水平全因子設(shè)計(jì)確定試驗(yàn)點(diǎn)，通過(guò)CFD軟件仿真計(jì)算得到每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)處的目標(biāo)函數(shù)值，對(duì)得到的數(shù)據(jù)采用響應(yīng)表面方法(RSA)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)的代理模型，最后利用遺傳算法求得熱沉結(jié)構(gòu)的最優(yōu)尺寸，在最優(yōu)尺寸下熱沉的全局熱阻最小。最后，為驗(yàn)證進(jìn)出口位置的不同對(duì)微槽熱沉內(nèi)流體流動(dòng)