相控阵天线微小流道热流特性等效建模方法研究与热设计
本文选题:相控阵天线 + 热控 ; 参考:《电子科技大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着相控阵天线一体化集成度的不断提高,天线阵面的热控问题受到了极大的关注,微小流道冷板是解决相控阵天线高散热量问题的有效手段之一。冷板中微小流道的跨尺度建模会使冷板局部区域集聚大量高密度、微尺度的网格,从而急剧增加模型网格数量,导致计算效率降低,数值仿真难度增大。为减小模型热流数值计算的复杂性,本文主要研究内容如下:(1)微小流道等效建模方法研究。忽略微小流道的拓扑结构,对微小流道原始模型进行等效建模,降低网格数量,提高运算效率。推导微小流道的热阻和流阻拟合计算公式,得到微小流道热参数(热阻和流阻)的影响因素。在等效建模过程中考虑模型流体速度,并且对原始模型热参数进行修正,得到等效模型热参数的计算方法。(2)微小流道热流特性分析。分别分析了微小流道热沉结构和拓扑结构的热参数和等效精度。微小流道热沉结构的结果表明本文热参数拟合计算公式与模型理论分析和数值结果的吻合度较好,等效计算精度较高。并且利用微小流道拓扑结构等效分析结果指出该方法具有较强的适用性。此外计算了扩散热阻和等效模型组合方式对等效计算精度的影响,为天线阵面等效分析奠定基础。(3)相控阵天线热分析与热设计。研究天线阵面的热仿真方法,并为共形阵天线阵面设计了一种分段式阵面流道结构。并对阵面中采用树型和平直型微小流道拓扑结构产生的阵面的温度、压强等仿真数值结果进行对比和分析。阵面的多组微小流道等效建模分析结果表明,等效建模方法可以大幅降低模型计算成本,提高网格质量,并且等效模型不会导致天线阵面相对的散热性能和流道压降数值计算结果出现明显的差异。(4)热控冷板数值计算与实验验证。将微小流道等效建模方法应用于冷板热性能分析,对比冷板热性能参数的实验结果与等效模型以及原始模型的分析结果。两种模型的仿真结果都与实验结果接近,验证了本文方法的有效性和可靠性。
[Abstract]:With the increasing integration of phased array antenna, the thermal control problem of antenna surface has received great attention. The micro-channel cold plate is one of the effective methods to solve the high heat dissipation problem of phased array antenna. The cross-scale modeling of the micro-channel in the cold plate will make the local area of the cold plate gather a large number of high-density, micro-scale meshes, thus increasing the number of the model meshes rapidly, resulting in the reduction of computational efficiency and the difficulty of numerical simulation. In order to reduce the complexity of numerical calculation of heat flux, the main contents of this paper are as follows: 1) the equivalent modeling method of micro channel. In order to reduce the number of meshes and improve the computational efficiency, the original model of micro-channel is modeled equivalent to the topology of micro-channel. The thermal resistance and flow resistance fitting formulas of micro runner are deduced, and the influence factors of thermal parameters (thermal resistance and flow resistance) are obtained. In the process of equivalent modeling, the fluid velocity of the model is taken into account, and the heat parameters of the original model are modified to obtain the calculation method of the heat parameters of the equivalent model. The thermal parameters and equivalent accuracy of micro channel heat sink structure and topology structure are analyzed respectively. The results of the micro-channel heat sink structure show that the fitting formula of the thermal parameters is in good agreement with the theoretical analysis and numerical results of the model, and the equivalent calculation accuracy is higher. The results of the equivalent analysis of the topological structure of the microchannel show that the method is applicable. In addition, the effect of diffusion thermal resistance and equivalent model combination on the accuracy of equivalent calculation is calculated, which lays a foundation for the equivalent analysis of antenna array surface and the thermal analysis and thermal design of phased array antenna. The thermal simulation method of antenna array surface is studied, and a segmented channel structure is designed for conformal array antenna array surface. The simulation results of the temperature and pressure of the array surface generated by the topological structure of the tree-shaped and the flat micro-channel in the plane are compared and analyzed. The results of multi-group micro-channel equivalent modeling analysis show that the equivalent modeling method can greatly reduce the computational cost of the model and improve the mesh quality. And the equivalent model will not lead to obvious difference between the relative heat dissipation performance of antenna array surface and the numerical results of channel pressure drop. 4) numerical calculation and experimental verification of thermally controlled cooling plate. The micro-channel equivalent modeling method is applied to the analysis of the thermal performance of the cold plate. The experimental results of the thermal performance parameters of the cold plate are compared with the results of the equivalent model and the analysis results of the original model. The simulation results of the two models are close to the experimental results, which verify the validity and reliability of the proposed method.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN821.8
【参考文献】
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,本文编号:1913009
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