Page 24 - 《真空与低温》2025年第5期
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王蕊霞等：热真空环模设备温控底板温度均匀性与换热特性分析 563
heat conduction fluid and the inner wall of the tube.
Key words：temperature control base plate；fluid-structure coupling；temperature uniformity；heat transfer characteristic
0 引言 流速可以改善温度均匀性。
针对电子设备中发热器件的温控底板散热，
热真空环境模拟试验设备用于地面模拟宇宙
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空间的特殊环境，进行航天器、组件或材料在轨时 张割等 通过对微通道液冷冷板进行仿真分析，得
的工作性能与工作寿命测试评估。温控底板是空 到在不同功耗下系统所需的流量及对应的芯片温度
间环境模拟试验设备中承载试件的平台，并作为对 和冷板压损，同时得到流量功耗曲线和流量压损曲
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试验件进行温度调节的换热器，对热真空试验的进 线。He 等 综述了强化换热技术在不同结构微散
行发挥重要作用。温控底板如图 1 所示，主要以传 热器中的优点和缺点，并讨论了微散热器对电子设
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导传热方式与试验件进行换热，需要尽可能地提高 备热管理发展的障碍和挑战。云永琥等 在为解
其温度均匀性和控温精度。温度均匀性作为环境 决冷板翅片在 ICEPAK 热设计仿真中网格数目多的
模拟设备重要技术指标之一，其优劣直接影响环境 问题，提出根据冷板热特性规律曲线，在 ICEPAK
模拟器的工作性能。 中寻找简单模型代替冷板进行热分析的冷板等效
模型方法，张勇等 [10] 通过数值模拟分析催化剂床
导热液出口
层及冷板内部流体的速度场及温度分布情况，验证
导热液入口
新型冷板式换热反应器的传热系数及传热性能。
余小玲等 [11] 提出了用于大功率模块冷却的新型冷
板，该冷板的流道结构为 S 型且流道内置有分流片。
Gönen 等 [12] 通过实验和计算机数值模拟方法研究
了影响 U 型及 Z 型流向散热器流量分布均匀性的
几何结构因素，得出物理参数及结构因素对流量分
图 1 温控底板示意图 布的均匀性有重要影响。魏壮壮等 [13] 设计并制备了
Fig. 1 The diagram of temperature control base plate 一种基于热边界层中断技术的高效金属微通道热沉，
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近年来，国内外学者针对温控底板的传热特性 通过数值模拟和实验验证，在 74.5 W/cm 高热流密
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做了大量研究。张龙燕等 采用数值模拟的方法 度下实现了 67.0 kW/（m ·K）的平均换热系数，有效
对 9 600 kW 大功率交流机车变流装置上国产化多 解决了雷达等电子设备的散热难题。刘赵淼等 [14]
IGBT 模块液冷板进行建模仿真得到内部的流速、 基于连续介质方法数值研究液体在不同几何结构
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压力分布和温度分布等性能参数。贺荣等 对水 微通道中的流动和传热性能。余智强 [15] 采用了数
冷板式散热器进行了理论计算，并对其物理模型进 值模拟的方法，研究了微通道换热器结构对其内部
行合理的简化处理，利用 Fluent 软件，采用 SIMPLE 流动与换热性能的影响。祁雪琴等 [16] 通过 CFD 数
算法和标准 k-ε 湍流模型，通过求解三维 N-S 方程 值模拟分析了载冷剂进口速度、翅片尺寸和支管
和能量方程模拟了散热器的散热过程。张新 利 直径对热真空试验箱热沉温度场的影响，揭示了提
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用 ICEPAK 流体及传热分析软件对机车上牵引变 升热均匀性的关键参数优化规律。Pan 等 [17] 通过
流器装置的水冷基板式散热器进行建模，建模完成 单相流数值模拟，比较了 PFSMMC 散热器、矩形
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后进行流体流场分析及传热分析。李昊等 以换 流形微通道（RMMC）和鳍形流形微通道（PFMMC）
热量最大为目标进行液冷通道分布优化设计，对不 的换热性能。陈钰龙等 [18] 为了对矩形微通道的尺寸
同进出口布置的典型算例进行优化设计。罗宾等 [5] 进行优化，得出微通道的温度分布标准偏差。赵晶辉
利用铝合金挤压型材的空腔可以作为冷却液流道 等 [19] 通过 CFD 数值模拟方法，以气氮为工质系统
这一特点，设计了一种单元液冷板，得出三级进液 研究了板式热沉壁板间距、氮气压力及流速等参
方式的压降和流量一致性较好的结论。张磊等 [6] 数对流体分布和温度均匀性的影响规律，为空间环
应用 Fluent 软件对空间环境模拟设备中新型不锈 境模拟设备的热沉优化设计提供了理论依据。
钢板式温控底板的换热进行了数值模拟，发现提高 工业领域温控板换热研究相关文献较多，但针
