第39卷第9期2007年9月哈尔滨工业大学学报JOURNALOFHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYVol139No19Sep.2007微纳卫星的微尺度传热问题及其解决方法邵宝东1,2,孙兆伟1,王丽凤2(1.哈尔滨工业大学卫星技术研究所,哈尔滨150080,E2mail:shbd-1221@163;2.昆明理工大学工程力学系,昆明650093摘要:介绍了可以解决微尺度传热问题的几种微器件及其工作原理,.关键词:微纳卫星;微尺度传热;微槽道;相变传热:TK16;TH20文献标识码:A:(200709-1361-05problemsandsolvingmethodsinthemicro/nano2satelliteSHAOBao2dong1,2,SUNZhao2wei1,WANGLi2feng2(1.ResearchInstituteofSatelliteTechnology,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150080,China,E2mail:shbd-1221@163;2.Dept.ofEngineeringMechanics,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,ChinaAbstract:Asummaryanalysisofthemicroscaleheattransferproblemsinmicro/nano2satelliteandpresentre2searchstateofmicroscaleheattransferwaspresented.Severalmicro2apparatusandtheirworkingprincipleswereintroduced.Novelmaterialsandcoolingmethodsusedinthermalcontroldesignofmicro/nano2satellitewerepresented.Keywords:micro/nano2satellite;microscaleheattransfer;microchannel;phasechangeheattransfer收稿日期:2005-07-01.基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(5131201.作者简介:邵宝东(1971—,男,博士,讲师;孙兆伟(1965—,男,教授,博士生导师.微纳卫星以其成本低、重量轻、研制周期短、功能密度高和发射灵活等特点,作为一种新的飞行器种类从空间技术领域脱颖而出.随着卫星的尺寸、体积、质量的不断减小,同时不改变其功能甚至功能更强,导致在微小空间内,单位时间传输大量的热量.此时的传热过程、传热机理与宏观情况时不同,需要用微尺度传热理论来进行研究.随着器件尺寸的不断减小,其中的传热和流体行为将出现强烈的尺寸效应,而那些广泛应用于连续介质体系中的物理量,“”如温度,“”压强,“”内能,“”熵,“”焓及热物性如热导率、比热容、黏度等,在微尺度水平上均需要重新认识和解释.本文介绍了目前微尺度传热领域的一些新进展,提出了解决微纳卫星中存在的微尺度传热问题的一些可能的实施方法.1微纳卫星的微尺度传热问题目前微纳卫星及微电子机械系统(MEMS中的器件尺寸已经从微米量级进入了亚微米量级.由于器件的表面积与器件特征尺度的平方成反比,使得微系统内的热流密度非常大,据报道最高可达107W/m2量级,远远高于航天器回归地球时与大气摩擦产生的高热流密度[1].这样高的热流密度如果不能在短时间内排散掉,就可能造成某些元器件热量集中,温度过高.而微电子器件的可靠性对温度十分敏感,器件温度在70~80℃水平上每增加1,℃可靠性就会下降5%,所以微电子器件的冷却问题早在80年代中期已成为国际微电子界和国际传热界的热点[2].随着微纳卫星及微电子机械系统(MEMS中的器件尺寸不断缩小,而单位时间内需要传输的热量不断增大,使得在空间微尺度和时间微尺度条件下的流动和传热问题的研究变得十分重要.2微尺度传热问题的研究进展进入90年代以来,微/纳米技术发展很快,随着器件的构件尺寸进一步减小,以及微/纳米激光加工特征时间的缩短(10-12~10-15s,都进一步对传统流体力学和传热学提出了挑战,迫切要求弄清空间和时间微细尺度条件下流动和传热的特点和规律,因此国际上正在逐步形成一个微细尺度传热的新的分支学科[1].1993年7“月在日本召开的分子与微尺度传”输现象日美联合研讨会上,众多学者都认为,20世纪最后十年可能会是关键时刻[3].1997年,,1刊物(MicroscaleThermophysicalEngineering,1998年7月欧洲在法国召开了微尺度传热的学术讨论会.目前,国内外学者主要在微槽道流动和传热、多孔介质流动传热、微型热管、微型毛细泵环、微重力下的流动传热、高集成度电子设备高热流强度散热技术、微电子机械系统(MEMS内部的流动和传热及相变传热等方面做了多项研究.目前在微尺度领域里一种广泛得到研究的冷却措施是硅基微槽热沉.非圆槽道硅基微槽热沉通过高度复杂和经济的加工过程,综合了材料兼容性、高面积体积比和高传热潜能的贡献.设计...