一种典型风道电子设备散热设计仿真

一种典型风道电子设备散热设计仿真

高驰名

高驰名

(中国电子科技集团公司第五十四研究所石家庄050081)

摘要：某上架设备，内部有大功率模块，为了避免设备在热环境下内部温度过高，而影响设备正常工作，利用ICEPAK软件对机箱建立机箱风道模型，进行仿真计算，并介绍了在该设备的设计过程中，运用ICEPAK软件进行热仿真，成功解决散热问题的经过。

关键词：ICEPAK；密封；散热；优化设计

引言

现代电子技术的发展，要求电子设备在各种恶劣的环境下都具有较高的精度和可靠性。另一方面随着功耗和热流密度的增加，电子设备散热性能也面临着日益严峻的考验。实际工作中，合理利用热分析软件进行热设计可提高产品的一次成功率，降低缺陷成本。本文以某设备为例，利用ICEPAK软件对其进行热设计仿真，使其散热效能最大化，从而大大提高了设备的可靠性。

1、问题描述

机箱要求参数如下：机箱外形尺寸为440×420×177（mm）的通风铝质机箱，内部包含控制模块（20W）、3块业务模块（25W）以及电源（50W）等发热源，共145W的总热耗散；工作的环境温度为40℃，模块的允许的最高温度为80℃，机箱采用两侧面进风，后面板出风的方式，其中后面放置4个轴流风扇，业务模块上放置离心风机，电源模块放置在机箱底板上通过热传导散热。

2.2设定模型的相关参数

气流：紊流；

流体：空气

外壳：铝合金

对此模型考虑Y方向重力加速度；

导轨与机箱间的接触单位面积热阻：0.88×10-4m2?K/W[1]；

模块与上壁间的导热衬垫的导热系数1.5W/m?K[1]。

2.3网格划分

一般情况下，软件会根据模型尺寸给出最大网格尺寸，在此基础上对关键部件做细化处理（normal命令），以提高求解精度。为减少网格数量，减少计算量，可以把模块、风机和散热片集成在一起，用“assembly”结构化非连续网格。

网格质量直接决定结果的准确性及收敛速度，网格大小一般定义为机柜的1/20，个别元件单独细化，一般网格的倾斜程度大于0.25，表明网格的划分质量好，容易收敛[2]。

2.4计算求解过程

进行计算之前，首先要检查气流的雷诺数和普朗克数，设置迭代步数500步，迭代超过400步后，残差曲线已经完全收敛。图3为计算后的结果，从图中可以看出，控制模块的最高温度为85.9℃，超出了模块的最高温度80℃，必须进行优化设计。

4、工程验证

按照改进后的设计方案进行结构设计，按照环境试验要求进行了高温存储及高温工作试验，通过热电偶传感器探头，测得控制模块主芯片的附近温度为75~78℃，符合指标要求，仿真数据与试验数据接近。

5、结束语

对于大功率电子设备的散热设计，传统的计算方法效率较低，本文运用ICEPAK软件对设计方案进行了验证，根据软件的计算结构进行了设计优化，从而达到了散热要求，并通过了工程验证，由此可见，热设计电子仿真，在电子设备热设计中发挥着不可或缺的作用。

参考文献

[1]太原斯利得有限公司产品手册[M]．太原斯利得，2009，(12)：39～40.

[2]万伟，陈再良．基于ICEPAK软件的变频器的散热优化设计[J]．设计、研究、分析，2014，04：59

作者简介：

高驰名，（1982-），男，工程师，机械电子工程专业，主要研究方向为电子通信设备结构设计。