在航空航天、國防軍工、石油勘探等領(lǐng)域,電子器件經(jīng)常面臨高溫環(huán)境,與常溫環(huán)境不同,高溫環(huán)境器件散熱條件惡化,對(duì)熱管理提出了更高的要求。然而,目前針對(duì)高溫環(huán)境的熱管理研究比較缺乏。本文將以典型的工作在井下200°C高溫環(huán)境的測井儀為研究對(duì)象,從真空絕熱和相變儲(chǔ)熱兩方面展開高溫環(huán)境電子器件熱管理研究。采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析相結(jié)合的方法,對(duì)影響絕熱及儲(chǔ)熱性能的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。通過制備新型復(fù)合材料,優(yōu)化隔熱及儲(chǔ)熱性能,最后實(shí)現(xiàn)測井儀熱管理系統(tǒng)應(yīng)用。主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、從機(jī)理上對(duì)真空隔熱與相變儲(chǔ)熱傳熱過程進(jìn)行分析,建立了真空多層傳熱模型與非穩(wěn)態(tài)相變傳熱模型,實(shí)現(xiàn)了真空隔熱與相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要結(jié)論如下:（1）當(dāng)真空度達(dá)到10^-33 Pa時(shí),殘余氣體導(dǎo)熱可以忽略不計(jì);當(dāng)反射屏層數(shù)超過30層時(shí),真空層有效導(dǎo)熱系數(shù)幾乎不變。（2）非穩(wěn)態(tài)相變傳熱模型最大誤差不超過11%,有利于指導(dǎo)相變儲(chǔ)熱模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)。2、提出了新型復(fù)合相變材料制備工藝,解決了石蠟導(dǎo)熱系數(shù)低及無法實(shí)現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)儲(chǔ)熱的不足。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:（1）采用石蠟取代傳統(tǒng)有毒溶劑超聲剝離膨脹石墨制備了石墨納... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

測井儀結(jié)構(gòu)示意圖

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文有效的熱控制。在極端環(huán)境下，要求散熱系統(tǒng)能夠抵抗高溫、高壓、沖擊和振動(dòng)等惡劣條件，同時(shí)確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，這對(duì)傳統(tǒng)散熱技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。例如，在面臨機(jī)械沖擊的環(huán)境下，為了提高系統(tǒng)可靠性，必須盡量減少活動(dòng)部件。此外，高溫環(huán)境與常溫環(huán)境散熱方式也不同，如圖 1-2 所示。在常溫環(huán)境下，熱管理措施是將器件產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流或熱輻射等散熱方式傳遞至周圍環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其工作溫度的控制。而在高溫環(huán)境下，由于外界環(huán)境溫度較高，器件產(chǎn)生的熱量無法傳遞至周圍環(huán)境，熱量長時(shí)間累積會(huì)造成器件溫度升高，同時(shí)外界環(huán)境熱量進(jìn)入器件內(nèi)部會(huì)進(jìn)一步加劇器件溫度升高，導(dǎo)致性能下降，甚至失效。因此，開展針對(duì)高溫環(huán)境的電子器件熱管理研究具有重要的意義。

氣凝膠孔隙結(jié)構(gòu)更小，因此導(dǎo)熱系數(shù)比酚醛樹脂泡沫、泡沫陶瓷更低，在航天、軍事、民用等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。一般情況下，純硅氣凝膠在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.01~0.03 W/(m·K)[41]，但由于其密度和強(qiáng)度太低，在實(shí)際應(yīng)用中難以單獨(dú)使用，目前主要通過在氣凝膠中添加增強(qiáng)體制備成復(fù)合材料以提高其強(qiáng)度。Li等[42]采用芳香族聚酰胺纖維改善氣凝膠的強(qiáng)度，制備的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)為 0.0227W/(m·K)，彎曲強(qiáng)度為 0.18 MPa。Wong 等[43]提出采用納米原纖化纖維素提高 SiO2氣凝膠的強(qiáng)度，SiO2氣凝膠拉伸強(qiáng)度提高了 25%~40%，而導(dǎo)熱系數(shù)僅增大 11%。Hong等[44]提出采用納米孔 SiO2氣凝膠浸潤多孔氧化鋯陶瓷制備成多孔陶瓷-氣凝膠復(fù)合材料，SiO2氣凝膠壓縮強(qiáng)度提升至 36.8 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)低至 0.041 W/(m·K)。目前研制的隔熱材料在常溫下導(dǎo)熱系數(shù)低，具有良好的隔熱效果。然而，隨著環(huán)境溫度的升高，隔熱材料有效導(dǎo)熱系數(shù)增大，同時(shí)輻射換熱量顯著增大，隔熱效果變差[45]。此外，材料強(qiáng)度較低，無法滿足極端環(huán)境應(yīng)用需求。因此，低導(dǎo)熱系數(shù)復(fù)合材料不適用于高溫環(huán)境熱絕緣。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[3]納米膠囊化相變材料的制備及應(yīng)用研究[D]. 梁書恩.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
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碩士論文
[1]有機(jī)改性二氧化硅納米膠囊化相變材料的制備與性能[D]. 祝亞林.西南科技大學(xué) 2016
[2]樹形分叉微通道均溫散熱器的緊湊熱模型及其驗(yàn)證[D]. 毛章明.華中科技大學(xué) 2012



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