基于声子理论低温界面热阻计算机仿真研究

论文摘要

在航空航天领域,固体界面热阻是航天器热控技术中普遍存在和必须解决的分析计算与设计制造问题。在超导技术领域,制冷机自接冷却系统在高温超导技术中得到广泛应用,自接冷却技术将己有的液氦与固体冷却的模式,转移到固体（超导器件）和固体（制冷机冷头）之间导热为主的传热模式。山于传热机理的变化,在固体接触导热中,界面热阻及其最佳热藕合机理成为自接冷却的关键技术和科学问题。在电子技术领域,电子产品的热输运问题有芯片内部集成电路与其基片之间的传热问题和芯片外壳的散热设计,其界面传热直接影响芯片性能指标和可靠性。 本文在总结前人研究上作和成果的基础上,运用计算机仿真方法和技术研究低温固体界面传热过程,从低温固体界面仿真建模的方法与技术以及微结构工程学,声子理论的角度来研究低温界面热阻的问题。 关于传统仿真建模研究,论文基于氮化铝（AlN）和Bi-2223的低温界面传热实验和实验数据,建立了AlN和Bi-2223的低温界面热阻回归分析仿真模型:运用最小二乘方法分析AlN和Bi-2223的低温界面热阻实验数据,得到AlN和Bi-2223的低温界面热阻参数拟和仿真模型。 基于微观热传道理论方面,主要运用了低温物理学中的声失配理论和散声失配理论对氮化铝（AlN）和Bi-2223之间的界面热阻进行讨论。由于声失配理论和散声失配理论对温度和粗糙度有很严格的要求,所以直接建模所得的理论数据与实验数据有很大的差距,本文采用声失配理论与传统研究方法相结合,通过与实验数据的分析拟合,提出了修正的数学模型,预测误差有了大幅度的降低。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 课题来源
• 1.3 目前国内外研究现状分析
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 本论文的主要工作内容
• 第2章 低温界面热阻理论
• 2.1 界面热阻的概念及影响因素
• 2.1.1 界面热阻的产生
• 2.1.2 界面热阻的定义
• 2.1.3 界面热阻的影响因素
• 2.2 低温界面热阻理论
• 2.2.1 接触面的热交换
• 2.2.2 低温界面热传导的机制
• 2.3 接触导热的机理研究
• 2.3.1 粗糙表面的微观形貌分析
• 2.3.2 微观形变模型
• 2.3.3 接触导热模型
• 2.4 接触导热的应用研究
• 2.4.1 同心圆柱套筒间的接触导热研究
• 2.4.2 堆积多孔床接触热导的研究
• 2.4.3 多层结构接触热导的研究
• 2.4.4 表面氧化层对接触导热的影响
• 2.4.5 试验研究中的两个重要现象
• 2.5 增加和减小接触热阻的措施
• 2.6 接触导热研究的发展方向
• 2.6.1 机理研究
• 2.6.2 应用研究
• 第3章 ALN和Bi-2223低温界面热阻的仿真研究
• 3.1 过程模型参数的最小二乘法辨识
• 3.2 ALN和Bi-2223界面热导的回归分析模型
• 3.2.1 二元线性回归模型
• 3.2.2 二次型回归模型
• 3.3 ALN和Bi-2223界面热导的最小二乘建模
• 3.3.1 最小二乘模型
• 3.3.2 误差分析
• 3.4 总结
• 第4章 声子理论界面热阻仿真研究
• 4.1 从声子理论来研究界面热阻的意义
• 4.2 低温界面热阻理论（AMM，DMM理论）
• 4.2.1 声失配理论（AMM）
• 4.2.2 散射失配理论（DMM）
• 4.3 应用声子理论来研究ALN和Bi-2223低温界面热阻
• 4.3.1 用AMM预测ALN和Bi-2223低温界面热阻
• 4.3.2 用DMM预测ALN和Bi-2223低温界面热阻
• 4.3.3 分析预测数据与实验差距的原因
• 4.3.4 修正DMM预测模型
• 4.3.5 试验数据拟合修正后的ALN和Bi-2223低温界面热阻
• 4.3.6 分析模型误差
• 第5章 全文总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 本文的主要贡献
• 5.3 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢