本文關(guān)鍵詞：基于特殊環(huán)境要求的電氣部件溫度適應(yīng)性加固技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伴隨著電氣技術(shù)的發(fā)展,為了滿足更多功能的需求,將更多高性能、高功耗元件集成在電氣部件上,電氣部件向高集成方向發(fā)展。受到安裝空間或是工作環(huán)境的限制,電氣部件朝著小型化方向發(fā)展。電氣部件在封閉的條件下或在高溫環(huán)境中長時間工作,將導(dǎo)致散熱困難。上述這些因素都會帶來電氣部件溫度適應(yīng)性問題。特別是航空航天領(lǐng)域里,電氣部件所處環(huán)境溫差變化大,空間有限,條件苛刻,在惡劣的環(huán)境溫度下,電氣部件的性能會下降,影響可靠性和工作壽命。為保證電氣部件的寬溫適應(yīng)能力,本課題以提升電氣部件溫度適應(yīng)性為目的,選取熱電制冷器為加固技術(shù)途徑,對電氣部件溫度適應(yīng)性加固系統(tǒng)的傳熱特性進(jìn)行相應(yīng)分析,研制熱控系統(tǒng),為電氣部件創(chuàng)造合適的工作環(huán)境溫度。本階段目標(biāo)為將電氣部件的溫度環(huán)境適應(yīng)性從-40℃~+60℃提升至-55℃~+70℃。作為研究電氣部件溫度適應(yīng)性加固系統(tǒng)傳熱特性與熱電控制的基礎(chǔ),對熱電制冷器工作特性的研究有著重要意義。首先應(yīng)用熱阻網(wǎng)絡(luò)法對典型的單級熱電制冷組件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,得控制端熱流量(cQ)以及性能系數(shù)(COP)這兩個表征熱電制冷器工作性能的參數(shù)在穩(wěn)態(tài)條件下的解析解,分析電流,散熱器換熱熱阻等參數(shù)對熱電制冷器工作性能的影響。給出一定設(shè)計工況下,取性能系數(shù)最優(yōu)值時,電流和換熱熱阻的取值區(qū)間。接著針對目前運用溫度場理論計算或者實驗方法進(jìn)行電氣部件加固系統(tǒng)傳熱特性研究均較為復(fù)雜、不便的問題,通過合理的機(jī)理分析與簡化,建立起電氣部件加固系統(tǒng)熱網(wǎng)絡(luò)模型和節(jié)點熱平衡方程,從熱網(wǎng)絡(luò)模型中提取出不確定性熱網(wǎng)絡(luò)參數(shù)并進(jìn)行計算。通過熱網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型以及計算所得的設(shè)計參數(shù),對電氣部件工作環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)值分析仿真,以便對熱控資源進(jìn)行合理分配,對熱控設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)和優(yōu)化。然后針對傳統(tǒng)的溫度適應(yīng)性加固方法中“設(shè)計后處理”的弊端,在將設(shè)計轉(zhuǎn)化成試驗樣機(jī)前引入熱仿真分析,運用基于有限體積法的熱分析軟件FloTHERM對電氣部件溫度適應(yīng)性加固系統(tǒng)進(jìn)行溫度場的熱模擬仿真,檢驗“準(zhǔn)設(shè)計”的合理性。最后為了對電氣部件工作空間進(jìn)行恒溫控制,設(shè)計了基于熱電制冷器的控制器�？紤]到加固系統(tǒng)包含多個傳感器和多片熱電制冷片,采用單向溫度控制、溫度梯度偏差和PID算法為控制策略。構(gòu)建熱控實驗平臺,對電氣部件工作環(huán)境進(jìn)行熱電恒溫控制的實驗。在低溫-55℃時,加固系統(tǒng)能夠?qū)㈦姎獠考ぷ鳝h(huán)境溫度上升至-22℃,高溫70℃時,能將工作環(huán)境溫度降低至50℃。實驗結(jié)果表明了熱網(wǎng)絡(luò)分析的有效性和溫度適應(yīng)性加固設(shè)計的合理性。
【關(guān)鍵詞】：電氣部件 溫度適應(yīng)性加固 熱電制冷器 熱阻網(wǎng)絡(luò) FloTHERM
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB65
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 選題的背景及意義11-12
• 1.2 溫度適應(yīng)性加固技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢12-16
• 1.2.1 熱設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢12-14
• 1.2.2 熱控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢14-16
• 1.3 熱分析基本理論16-20
• 1.3.1 基本傳熱方式16-19
• 1.3.2 熱網(wǎng)絡(luò)法19-20
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排20-22
• 2 單級熱電制冷器的建模方法及特性分析22-31
• 2.1 單級熱電制冷器的數(shù)學(xué)模型22-24
• 2.2 單級熱電制冷器工作特性的穩(wěn)態(tài)分析24-29
• 2.3 本章小結(jié)29-31
• 3 電氣部件溫度適應(yīng)性加固系統(tǒng)熱網(wǎng)絡(luò)分析31-45
• 3.1 加固系統(tǒng)的箱體結(jié)構(gòu)31
• 3.2 電氣部件加固系統(tǒng)的熱網(wǎng)絡(luò)模型31-35
• 3.3 加固系統(tǒng)熱需求分析與計算35-40
• 3.3.1 冷熱負(fù)荷計算35-36
• 3.3.2 熱電制冷器非控制端散熱器設(shè)計36-38
• 3.3.3 熱電制冷器工作電流的最佳選擇38-39
• 3.3.4 總制冷制熱量和電源功率39-40
• 3.4 數(shù)值模擬與結(jié)果分析40-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 4 基于FloTHERM軟件的溫度場仿真分析45-54
• 4.1 軟件介紹45
• 4.2 加固系統(tǒng)溫度場仿真分析45-52
• 4.3 本章小結(jié)52-54
• 5 TEC溫度控制器設(shè)計54-60
• 5.1 溫度控制器組成54-57
• 5.1.1 信號采集模塊56-57
• 5.1.2 溫控執(zhí)行模塊57
• 5.2 溫度控制策略57-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 6 實驗結(jié)果與分析60-67
• 6.1 實驗系統(tǒng)介紹60-61
• 6.2 實驗與結(jié)果分析61-66
• 6.2.1 低溫工況熱控實驗61-63
• 6.2.2 高溫工況熱控實驗63-66
• 6.3 本章小結(jié)66-67
• 7 總結(jié)與展望67-69
• 7.1 本文的主要工作及創(chuàng)新點67-68
• 7.2 未來工作的展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 附錄A72-73
• 附錄B73-75
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：277869