熱量管理
關注創建者：技術鄰公告 創建時間：2022-12-19
熱量管理的實例教程
視頻內容
熱量管理是設計傳統飛機時的主要挑戰。由于大量電氣設備的存在導致熱載荷大幅增加，因此電氣化使得這一挑戰更加艱巨。但是，使用復合材料結構會限制飛機向外排熱的能力。因此，飛機制造商可能需要改進機隊構架并安裝惰化系統以防止燃油系統發生任何可燃問題。
燃油系統在熱量管理策略中有著至關重要的作用，而熱量管理策略能夠幫助消散飛機電氣化程度提升之后產生的許多熱量。在本場網絡研討會中，Safran Aerosystems 將與西門子公司一起探討 Simcenter 如何幫助提高飛機安全性并實現更好的冷卻效果。
燃油系統在熱量管理策略中有著至關重要的作用，而熱量管理策略能夠幫助消散飛機電氣化程度提升之后產生的許多熱量。在本場網絡研討會中，Safran Aerosystems 將與西門子公司一起探討 Simcenter 如何幫助提高飛機安全性并實現更好的冷卻效果。
學習內容：
l Safran Aerosystems 如何使用 Simcenter 評估飛機油箱的可燃性
如何：
l 在全局系統和詳細設備級別進行燃油仿真
l 以油箱可燃性評估方法 (FTFAM) 執行油箱熱分析
l 通過虛擬系統集成優化熱量管理策略
l 將燃油對機翼的熱結構影響降至最低
l 依據局部到全局飛機熱建模執行多尺度熱仿真
資料領取
展開 3.4 小 結
對于長時間滑行的大型低溫末級，如果單一使用沉底式推進劑管理方案，推進劑的消耗量將隨著滑行時間的增長而增加，最終成為限制滑行時間的制約因素；如果單一使用表面張力式管理方案，表面張力裝置尺寸大、質量大，降低了運載能力，且存在少量漂浮推進劑排出貯箱的風險。
因此，今后沉底式管理方法和表面張力式管理方法將會越來越廣泛地結合使用。比較理想的方案是利用PMD裝置蓄留部分推進劑，允許其余推進劑自由漂浮，貯箱排氣前通過沉底發動機完成漂浮推進劑的重定位；發動機再起動前通過沉底發動機將蓄留裝置內的氣泡排出，保證主發動機的再起動，由主發動機推力完成漂浮推進劑的重定位；通過綜合設計沉底發動機的工作時長以及PMD裝置質量，提高運載能力。
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低溫推進劑熱量管理
低溫推進劑的熱量管理是實現長時間滑行的基礎和前提。為了減少蒸發損失并提高推進劑品質，一方面要控制進入貯箱的熱量、抑制熱分層，另一方面要移除貯箱中的熱量，降低推進劑溫度。如圖12所示，推進劑熱量管理技術主要包括蒸發量控制技術、過冷加注技術以及排氣降溫技術等。
國內外學者及科研機構針對蒸發量控制技術、過冷加注、排氣降溫等技術等開展了一系列理論研究、地面試驗及仿真分析，部分技術進行了飛行試驗并得到成功應用，得到了許多重要研究成果，為未來低溫末級的長期在軌奠定了基礎。
4.1 蒸發量控制技術
蒸發量控制技術是指利用各種熱管理措施，減少環境向貯箱的漏熱，有效吸收、轉移和利用推進劑蒸氣的熱量，以達到減少蒸發量和控制箱壓的目的，實現低溫推進劑的長期在軌貯存和利用。此技術分為被動式、半主動式和主動式。
展開 由于低溫推進劑沸點低、易蒸發、難以長期貯存，低溫推進劑位置管理、熱量管理以及供電問題成為長時間滑行必須解決的關鍵問題。梳理了長時間滑行的任務需求和面臨的挑戰，分析了長時間滑行低溫推進劑位置管理、熱量管理以及集成流體管理系統等關鍵技術，分別提出將我國低溫末級滑行時間拓展至6h及更長時間的發展建議。
3、eVTOL電動垂直起降功率密度與熱量管理
本期主題為電力推進。
更具體而言，是城市空中交通（UAM）的電力推進。不知道您是否留意到，當前有一個新興行業正在崛起，將大大改善我們的生活。
電力推進系統，尤其是對于城市空中交通飛行器而言，必須將功率密度、熱量管理、電磁干擾以及各種其他因素納入考慮。
敬請收聽我們“創新”系列播客的第三期節目，與我們一起探討eVTOL飛行器的熱量密度和熱量管理問題。西門子航空航天及國防工業專家Dale Tutt 與Simcenter航空航天解決方案專家Thierry Olbrechts將做客本期節目，精彩不容錯過。
電力推進為響應綠色能源替代需求和應對氣候突變提供了強有力的答案。電力推進正被應用于運輸貨物和醫療物資的短途飛機、運送乘客的城市空中交通飛行器、甚至超音速航空旅行之中……令人心馳神往！
4、利用復合材料和增材制造技術進行eVTOL電動垂直起降結構設計
您是否留意到城市空中交通市場騰起的速度之迅疾？
億航智能發布了單座版自動駕駛多旋翼飛行器。Joby推出了有人駕駛的五座可傾轉螺旋槳eVTOL飛行器。Volocopter目前正在研發的項目之一，是一架帶18個旋翼的貨運無人機。Lilium正在研發一款高性能的矢量推力eVTOL飛行器。諸如此類，不一而足。
無論其外形、推進系統或預期用途如何，對于任何城市空中交通飛行器而言，結構設計的完整性始終是首要考量之一。重量、有效載荷和續航耐久性要求等方面都面臨著挑戰。本期節目，我們將從復合材料和增材制造角度，探索eVTOL飛行器的結構設計。
5、eVTOL電動垂直起降電氣系統設計與合規認證
對于eVTOL飛行器，我們需要知道的是它沒有為液壓或氣動系統提供動能的發動機。一切都有賴于電氣系統。
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熱量管理的最新內容
如果沒有有效管理熱量，電子設備各區域的溫度就會上升，從而改變材料屬性。這些屬性改變可能會導致多種問題，其中包括電阻增大、機械強度降低、信號失真以及最終的產品性能下降和不良的用戶體驗等。此外，材料還會熱脹冷縮，對組件造成熱應力，從而導致組件或系統的機械故障、疲勞和過早老化。
從手機和電動汽車到為衛星上的CMOS攝像頭散熱，熱管理在當前電子應用的整體性能和魯棒性方面發揮著重要作用。
由于導熱液在集成電路封裝的微小空隙中能有效地進行傳熱，液冷技術在熱量管理方面具有更大的優勢。此外，液冷技術還能夠實現對電池溫度的精確控制，提高電池的使用壽命和安全性。
圖片來自網絡
目前，各大汽車廠商都在積極使用和研究動力電池液冷技術，以應對電動汽車市場日益增長的散熱需求。隨著技術的不斷進步，動力電池的液冷散熱技術將會更加成熟、高效和可靠。
機器人在實際工作中，還需面對各種熱量管理問題，而集成式無線充電系統因其構造中已包含散熱組件，使AGV機器人的設計者無需過多考慮額外的散熱措施。AGV機器人因此可以保持更長的工作周期，減少故障和維護時間，實現更高的可靠性和壽命。
集成式無線充電系統之所以十分適合AGV機器人，還因為其模塊化的設計理念。
目前消費電子產品常用的熱管理解決方案包括以下幾種：散熱器（Heat Sinks）；熱界面材料（Thermal Interface Materials），其中石墨烯導熱膜占據主要地位；熱管（Heat Pipes）；真空腔均熱板VC（Vapor Chamber）；風扇和冷卻系統（Fans and Cooling Systems），這些熱管理解決方案通常結合使用，以滿足消費電子產品對于熱量管理的需求。
日經BP將分3次對海豹的熱量管理系統進行分析。
圖1 從馬達艙取出“Nonavalve”的情形
（攝影:加藤康）
在Nonavalve的9個電磁閥中，有6個是切換冷媒流路的切換閥（圖2）。用于切換空調的制冷/制熱和電池的加熱/冷卻功能，或者開關連接冷凝器和熱交換器的回路。剩下的3個是調節（減壓）冷媒壓力的膨脹閥。發現它們分別用于制冷、制熱和電池。
日經BP將分3次對海豹的熱量管理系統進行分析。
圖1 從馬達艙取出“Nonavalve”的情形
（攝影:加藤康）
在Nonavalve的9個電磁閥中，有6個是切換冷媒流路的切換閥（圖2）。用于切換空調的制冷/制熱和電池的加熱/冷卻功能，或者開關連接冷凝器和熱交換器的回路。剩下的3個是調節（減壓）冷媒壓力的膨脹閥。發現它們分別用于制冷、制熱和電池。
熱管理
Temperature management
對鋰離子電池的熱量或溫度的管理。
熱穩定性
Thermal stability
表征鋰離子電池承受變化熱量或溫度變化的能力。
在以往的電動汽車中，三大系統的熱管理通常是各自獨立的，缺乏對整車熱量的統一管理，熱管理效率較低。而在新一代的電動汽車中，在設計之初便針對整車熱量進行集成式管理，對三大系統產生的熱量進行統一的管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，以減少溫度對電動汽車性能的影響。
電動汽車的電機驅動系統是將電池中的電能轉化為機械能，從而為汽車提供行駛的動力。
然而，隨著這些設備變得越來越強大和緊湊，管理它們產生的熱量已成為一項重大挑戰。這就是IGBT冷卻的最新進展，特別是針翅片散熱器的使用發揮作用的地方。
IGBT產生熱量是其操作的副產品。如果這種熱量沒有得到有效管理，可能會導致設備故障、效率降低和壽命縮短。傳統的冷卻方法，如強制空氣和液體冷卻，已被用于解決這個問題。
電池熱管理系統可以實現熱量的有序管理，是解決當前電池面臨的挑戰的有效技術手段。例如，為了提高電池在低溫下的電化學性能，先前的研究已經開發了多種加熱策略，主流技術可分為內部加熱方法和外部加熱方法。當前，我們應該進一步揭示低溫加熱過程中對電池電化學性能恢復和內部傳熱的影響。熱管理系統是電動汽車的關鍵系統組件，具有低溫加熱和高溫散熱雙重功能的開發設計將是未來電池熱設計的重要趨勢。
