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

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。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 相控阵天线热控技术国内外研究现状

1.3 相控阵天线热流仿真技术的国内外研究现状

1.4 论文研究内容及创新点

1.5 论文结构安排

第二章 微小流道等效建模方法研究

2.1 热流数值仿真基础

2.2 微小流道等效建模方法分析

2.3 微小流道热阻和流阻理论分析

2.4 等效模型热参数计算与修正

2.5 本章小结

第三章 微小流道热流特性分析

3.1 微小流道结构概述

3.2 微小流道热沉结构等效分析

3.3 微小流道拓扑结构等效分析

3.4 等效模型计算精度影响分析

3.5 本章小结

第四章 相控阵天线阵面热分析和热设计

4.1 相控阵天线热设计概述

4.2 原始热控方案的数值仿真与结果分析

4.3 优化热设计方案数值仿真与结果分析

4.4 数值结果对比分析

4.5 本章小结

第五章 热控冷板数值计算与实验验证

5.1 热控冷板数值分析

5.2 热控冷板实验测试与结果对比分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果