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某密閉電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)論文
0引言
電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)是指對(duì)電子設(shè)備的發(fā)熱元器件以及整機(jī)設(shè)備或系統(tǒng)的溫度進(jìn)行控制所采取的措施，其目的在于保證電子設(shè)備或系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、可靠工作。
電子設(shè)備在工作時(shí)，會(huì)耗散大量熱量，為保證電子設(shè)備在相應(yīng)的工作環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定工作，熱設(shè)計(jì)是必不可少的重要環(huán)節(jié)。文中以某密閉電子設(shè)備為例，應(yīng)用IcepaJ軟件來(lái)進(jìn)行熱設(shè)計(jì)。
Iepk軟件是以有限體積法為求解器的熱設(shè)計(jì)仿真軟件，具有強(qiáng)大的后處理功能，它可以模擬真實(shí)的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和流速場(chǎng)，在后處理中可以看到各種參數(shù)結(jié)果，能以直觀的形式顯示出溫度分布，氣流流向及速度分布等。
1熱分析軟件設(shè)計(jì)流程
熱分析軟件的設(shè)計(jì)流程如下：
1)根據(jù)總體的要求，確定設(shè)備的環(huán)境條件和最高允許溫度；
2)弄清楚設(shè)備的技術(shù)條件，主要是設(shè)備的發(fā)熱功率，設(shè)備的組成以及設(shè)備的使用要求等；
3)根據(jù)總體要求，先設(shè)計(jì)一個(gè)認(rèn)為可行的方案。在Icepak軟件中設(shè)定環(huán)境條件，如環(huán)境溫度，重力因素，分析的精度等。在該文件中創(chuàng)建設(shè)備的具體模型，比如:風(fēng)機(jī)、發(fā)熱單元、出風(fēng)口等，各個(gè)單元提供詳細(xì)的發(fā)熱功率及幾何尺寸；
4)模型建立完成后，劃分并生成網(wǎng)格。網(wǎng)格的劃分一般由軟件自動(dòng)進(jìn)行，可根據(jù)需要設(shè)定網(wǎng)格的參數(shù)，一般默認(rèn)可滿足要求，如果網(wǎng)格的劃分不理想，可以自己設(shè)定關(guān)鍵部件的網(wǎng)格參數(shù)；
5)軟件解算完成后，后置處理模塊可以輸出可視化的速度矢量圖、等值面圖、粒子軌跡圖、網(wǎng)格圖、切面云圖、點(diǎn)示蹤圖等；
6)根據(jù)可視化的后處理圖形，可以方便的看到設(shè)備溫度分布和氣流運(yùn)行情況，找出影響設(shè)備散熱的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)方案，重新進(jìn)行計(jì)算，直到結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。
熱設(shè)計(jì)的過(guò)程是一個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先建立原始仿真模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)出改進(jìn)模型，重新進(jìn)行仿真，直到模型能達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。
2軟件設(shè)計(jì)仿真
2.1問(wèn)題描述
根據(jù)項(xiàng)目的要求，密閉電子設(shè)備所處環(huán)境比較惡劣，只能考慮自然散熱。整理出計(jì)算模型如下：
1)工作環(huán)境溫度55°Q設(shè)備最高允許溫度85°C;
2)密閉電子設(shè)備是一個(gè)封閉鋁制箱體表面散熱齒為橫向；
3)箱體外形尺寸為430_X275_X240mm內(nèi)部平行插裝10塊PB反；
4)箱體內(nèi)以發(fā)熱器件均分布在PB板上，除CP外，其余器件總發(fā)熱功率8W分散布置；
5)最大發(fā)熱芯片CU1熱耗散功率為5WCP2熱耗散功率為1.25W
2.2建模
在Icepak軟件中建立密閉機(jī)箱的初始模型，對(duì)兩個(gè)CP所在PB板進(jìn)行芯片級(jí)建模，其余PB板進(jìn)行板級(jí)建模，提取項(xiàng)目中主要發(fā)熱器件的熱參數(shù)，盡量讓模型與實(shí)際相符。
在設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)關(guān)注各種傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射方式的效果。
2.3設(shè)計(jì)方案
首先利用cea軟件對(duì)原型密閉箱體進(jìn)行熱仿真，建立密閉箱體外形及內(nèi)部模型圖如圖1所示。
設(shè)置計(jì)算環(huán)境時(shí)，綜合考慮傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種散熱方式，模擬出真實(shí)的結(jié)果。經(jīng)過(guò)計(jì)算，密封箱內(nèi)部
2.4設(shè)計(jì)優(yōu)化
在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)幾種改進(jìn)方案分別進(jìn)行仿真。由于空氣的熱傳導(dǎo)率比較低，兩個(gè)CPU的發(fā)熱功率又比較大，因此，要采取措施增加CPU的熱傳導(dǎo)。改進(jìn)方案如下：
1)改進(jìn)方案一：5WCRJh加1mm散熱銅片與機(jī)箱搭接；
2)改進(jìn)方案二：5WCRJh加1mm散熱銅片與機(jī)箱搭接，頂部加散熱齒；
2)改進(jìn)方案三：5W和125WCPU上均加1mm散熱銅片與機(jī)箱搭接；
3)改進(jìn)方案四：5W和125WCPU上均加2mm
散熱銅片與機(jī)箱搭接；
5)改進(jìn)方案五：5WCPU加齒型散熱銅片，1.25WCPU上加2nm散熱銅片與機(jī)箱搭接；
6)改進(jìn)方案六：5WCP上加4mm散熱銅片，
1.25WCPh加2_散熱銅片，兩個(gè)散熱銅片均與機(jī)箱箱體搭接；
7)改進(jìn)方案七：5WCP上加4mm散熱銅片，
1.25WCPh加2_散熱銅片，兩個(gè)散熱銅片均與機(jī)箱箱體搭接，機(jī)箱兩側(cè)加縱向散熱齒。
在本項(xiàng)目中，通過(guò)原始模型的仿真結(jié)果可以看出，輻射散熱所占的比例較小，由于輻射計(jì)算花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，本次分析僅改進(jìn)方案六、改進(jìn)方案七考慮輻射散熱。
表1是八個(gè)方案熱仿真結(jié)果比較，由于CPU的發(fā)熱功率最大，溫度也最高，故僅列出CPU的溫度比較。
改進(jìn)方案一的溫度分布云圖如圖3所示，在溫度最高的5WCPU上加導(dǎo)熱銅片，溫度可下降20多度，達(dá)到937C1.2WCPU未加導(dǎo)熱銅片，溫度達(dá)到了98.6C
2.5仿真結(jié)論
通過(guò)IcPal軟件對(duì)箱體原始模型和七種改進(jìn)方案的分析，得出如下結(jié)論：
在5W及1.2WCPU上加入導(dǎo)熱銅板可大幅,改進(jìn)方案三速度矢量圖度降低CP溫度；仿真方法對(duì)于分析軸承的動(dòng)態(tài)性能、強(qiáng)度以及載荷分布提供了很好的手段與方法。仿真結(jié)果可應(yīng)用于軸承產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、故障診斷等各個(gè)領(lǐng)域，為現(xiàn)代化軸承的研究與生產(chǎn)提供先進(jìn)的技術(shù)支持，同時(shí)，對(duì)工程實(shí)踐也具有很強(qiáng)的理論價(jià)值。
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