某密闭电子设备的热设计_电子设备热设计

某密闭电子设备的热设计

电子设备在工作时，会耗散大量热量，为保证电子设备在相应的工作 环境下长期、稳定工作，热设计是必不可少的重要环节。文中以某密闭电子设备 为例，应用IcepaJ软件来进行热设计。

Iepk软件是以有限体积法为求解器的热设计仿真软件，具有强大的后 处理功能，它可以模拟真实的温度场、压力场和流速场，在后处理中可以看到各 种参数结果，能以直观的形式显示出温度分布，气流流向及速度分布等。

1热分析软件设计流程 热分析软件的设计流程如下：
1)根据总体的要求，确定设备的环境条件和最高允许温度；

2)弄清楚设备的技术条件，主要是设备的发热功率，设备的组成以及 设备的使用要求等；

3)根据总体要求，先设计一个认为可行的方案。在Icepak软件中设定 环境条件，如环境温度，重力因素，分析的精度等。在该文件中创建设备的具体 模型，比如:风机、发热单元、出风口等，各个单元提供详细的发热功率及几何 尺寸；

4)模型建立完成后，划分并生成网格。网格的划分一般由软件自动进 行，可根据需要设定网格的参数，一般默认可满足要求，如果网格的划分不理想， 可以自己设定关键部件的网格参数；

5)软件解算完成后，后置处理模块可以输出可视化的速度矢量图、等 值面图、粒子轨迹图、网格图、切面云图、点示踪图等；

6)根据可视化的后处理图形，可以方便的看到设备温度分布和气流运行情况，找出影响设备散热的薄弱环节，提出改进方案，重新进行计算，直到结 果满足设计要求。

热设计的过程是一个反复迭代的过程，一般根据经验先建立原始仿真 模型，根据计算结果，设计出改进模型，重新进行仿真，直到模型能达到设计要 求为止。

2软件设计仿真 21问题描述 根据项目的要求，密闭电子设备所处环境比较恶劣，只能考虑自然散 热。整理出计算模型如下：
1)工作环境温度55°Q设备最高允许温度85°C;
2)密闭电子设备是一个封闭铝制箱体表面散热齿为横向；

3)箱体外形尺寸为430_X275_X240mm内部平行插装10块PB反；

4)箱体内以发热器件均分布在PB板上，除CP外，其余器件总发热功 率8W分散布置；

5)最大发热芯片CU1热耗散功率为5WCP2热耗散功率为1.25W 22建模 在Icepak软件中建立密闭机箱的初始模型，对两个CP所在PB板进行芯 片级建模，其余PB板进行板级建模，提取项目中主要发热器件的热参数，尽量 让模型与实际相符。

在设计中，重点关注各种传导、对流和辐射方式的效果。

23设计方案 首先利用cea软件对原型密闭箱体进行热仿真，建立密闭箱体外形及 内部模型图如图1所示。设置计算环境时，综合考虑传导、对流和辐射三种散热方式，模拟出 真实的结果。经过计算，密封箱内部 4设计优化 在原设计的基础上，设计几种改进方案分别进行仿真。由于空气的热 传导率比较低，两个CPU的发热功率又比较大，因此，要采取措施增加CPU的热 传导。改进方案如下：
1)改进方案一：5WCRJh加1mm散热铜片与机箱搭接；

2)改进方案二：5WCRJh加1mm散热铜片与机箱搭接，顶部加散热齿；

2)改进方案三：5W和125WCPU上均加1mm散热铜片与机箱搭接；

3)改进方案四：5W和125WCPU上均加2mm 散热铜片与机箱搭接；

5)改进方案五：5WCPU加齿型散热铜片，1.25WCPU上加2nm散热铜 片与机箱搭接；

6)改进方案六：5WCP上加4mm散热铜片， 1.25WCPh加2_散热铜片，两个散热铜片均与机箱箱体搭接；

7)改进方案七：5WCP上加4mm散热铜片， 1.25WCPh加2_散热铜片，两个散热铜片均与机箱箱体搭接，机箱两 侧加纵向散热齿。

在本项目中，通过原始模型的仿真结果可以看出，辐射散热所占的比 例较小，由于辐射计算花费的时间较长，本次分析仅改进方案六、改进方案七考 虑辐射散热。

表1是八个方案热仿真结果比较，由于CPU的发热功率最大，温度也 最高，故仅列出CPU的温度比较。改进方案一的温度分布云图如图3所示，在温度最高的5WCPU上加导 热铜片，温度可下降20多度，达到937C1.2WCPU未加导热铜片，温度达到了98.6C 5仿真结论 通过IcPal软件对箱体原始模型和七种改进方案的分析，得出如下结 论：
在5W及1.2WCPU上加入导热铜板可大幅,改进方案三速度矢量图度 降低CP温度；
仿真方法对于分析轴承的动态性能、强度以及载荷分布提供了很 好的手段与方法。仿真结果可应用于轴承产品设计、制造、故障诊断等各个领域， 为现代化轴承的研究与生产提供先进的技术支持，同时，对工程实践也具有很强 的理论价值。

李增辰1,褚俐2 (1.中国电子科技集团公司第54研究所，河北石家庄050081,2石家庄职 业技术学院，河北石家庄050081)