某密閉電子設(shè)備的熱設(shè)計論文
0引言
電子設(shè)備熱設(shè)計是指對電子設(shè)備的發(fā)熱元器件以及整機設(shè)備或系統(tǒng)的溫度進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,會耗散大量熱量,為保證電子設(shè)備在相應(yīng)的工作環(huán)境下長期、穩(wěn)定工作,熱設(shè)計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軟件來進行熱設(shè)計。
Iepk軟件是以有限體積法為求解器的熱設(shè)計仿真軟件,具有強大的后處理功能,它可以模擬真實的`溫度場、壓力場和流速場,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)計流程
熱分析軟件的設(shè)計流程如下:
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)計一個認為可行的方案。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、發(fā)熱單元、出風(fēng)口等,各個單元提供詳細的發(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進行,可根據(jù)需要設(shè)定網(wǎng)格的參數(shù),一般默認可滿足要求,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行情況,找出影響設(shè)備散熱的薄弱環(huán)節(jié),提出改進方案,重新進行計算,直到結(jié)果滿足設(shè)計要求。
熱設(shè)計的過程是一個反復(fù)迭代的過程,一般根據(jù)經(jīng)驗先建立原始仿真模型,根據(jù)計算結(jié)果,設(shè)計出改進模型,重新進行仿真,直到模型能達到設(shè)計要求為止。
2軟件設(shè)計仿真
2.1問題描述
根據(jù)項目的要求,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軟件中建立密閉機箱的初始模型,對兩個CP所在PB板進行芯片級建模,其余PB板進行板級建模,提取項目中主要發(fā)熱器件的熱參數(shù),盡量讓模型與實際相符。
在設(shè)計中,重點關(guān)注各種傳導(dǎo)、對流和輻射方式的效果。
2.3設(shè)計方案
首先利用cea軟件對原型密閉箱體進行熱仿真,建立密閉箱體外形及內(nèi)部模型圖如圖1所示。
設(shè)置計算環(huán)境時,綜合考慮傳導(dǎo)、對流和輻射三種散熱方式,模擬出真實的結(jié)果。經(jīng)過計算,密封箱內(nèi)部
2.4設(shè)計優(yōu)化
在原設(shè)計的基礎(chǔ)上,設(shè)計幾種改進方案分別進行仿真。由于空氣的熱傳導(dǎo)率比較低,兩個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)。改進方案如下:
1)改進方案一:5WCRJh加1mm散熱銅片與機箱搭接;
2)改進方案二:5WCRJh加1mm散熱銅片與機箱搭接,頂部加散熱齒;
2)改進方案三:5W和125WCPU上均加1mm散熱銅片與機箱搭接;
3)改進方案四:5W和125WCPU上均加2mm
散熱銅片與機箱搭接;
5)改進方案五:5WCPU加齒型散熱銅片,1.25WCPU上加2nm散熱銅片與機箱搭接;
6)改進方案六:5WCP上加4mm散熱銅片,
1.25WCPh加2_散熱銅片,兩個散熱銅片均與機箱箱體搭接;
7)改進方案七:5WCP上加4mm散熱銅片,
1.25WCPh加2_散熱銅片,兩個散熱銅片均與機箱箱體搭接,機箱兩側(cè)加縱向散熱齒。
在本項目中,通過原始模型的仿真結(jié)果可以看出,輻射散熱所占的比例較小,由于輻射計算花費的時間較長,本次分析僅改進方案六、改進方案七考慮輻射散熱。
表1是八個方案熱仿真結(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,達到937C1.2WCPU未加導(dǎo)熱銅片,溫度達到了98.6C
2.5仿真結(jié)論
通過IcPal軟件對箱體原始模型和七種改進方案的分析,得出如下結(jié)論:
在5W及1.2WCPU上加入導(dǎo)熱銅板可大幅,改進方案三速度矢量圖度降低CP溫度;仿真方法對于分析軸承的動態(tài)性能、強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、制造、故障診斷等各個領(lǐng)域,為現(xiàn)代化軸承的研究與生產(chǎn)提供先進的技術(shù)支持,同時,對工程實踐也具有很強的理論價值。
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