熱設(shè)計實驗報告

1、*大學 電子機械綜合實驗 課程實驗報告實驗名稱 電子設(shè)備熱設(shè)計綜合實驗 成 績 機電工程 學院 * 班姓名 * 學號 * 同作者 * 實驗日期 2016 年 12 月 26 日指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師： 年 月 日實驗報告內(nèi)容基本要求及參考格式一、實驗?zāi)康亩?、實驗所用儀器（或?qū)嶒灜h(huán)境）三、實驗基本原理及步驟（或方案設(shè)計及理論計算）四、實驗數(shù)據(jù)記錄（或仿真及軟件設(shè)計）五、實驗結(jié)果分析及回答問題（或測試環(huán)境及測試結(jié)果）六、實驗小組個人工作內(nèi)容及實驗總結(jié)電子設(shè)備熱設(shè)計實驗第一階段實驗報告一、實驗?zāi)康脑陔娮訖C械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)和工作中，由于阻性元件的存在不可避免地會產(chǎn)生大量熱量。如果不能將產(chǎn)生的熱量及時導(dǎo)

2、出設(shè)備體外，則會導(dǎo)致設(shè)備器件表面溫度上升，溫度超過規(guī)定后勢必影響該設(shè)備的功能實現(xiàn)。尤其是如今電子元器件高度集成化，其散熱問題則更加尖銳和突出。本實驗旨在模擬一個電子設(shè)備的發(fā)熱模型，通過常見的散熱方式對設(shè)備進行散熱處理，通過實驗結(jié)果的對比分析，探究常見散熱方法的散熱效率。同時，借助相應(yīng)熱分析軟件icepak進行實驗的仿真，熟悉該軟件的使用過程，并將仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，分析產(chǎn)生誤差的原因。最終基于多組實驗的實驗結(jié)果分析，探究散熱效率最高的散熱方式。2、 實驗器材電子設(shè)備模擬發(fā)熱實驗平臺 1套測量工具（包括游標卡尺及直尺等） 1套多路溫度巡檢儀 1臺實驗平臺主機 1臺溫度采集儀 1個散熱風扇

3、 1個肋板散熱器 1個熱電偶測溫儀 1套三、實驗內(nèi)容搭建電子模擬發(fā)熱實驗平臺，并連接PC分析端。在初步實驗探究自然對流散熱模型時，分別設(shè)置陶瓷發(fā)熱片的發(fā)熱功率為4w和5w，觀察溫度變化曲線，當溫度區(qū)域穩(wěn)定時，記錄該發(fā)熱功率下發(fā)熱片的最高溫度。得到實驗結(jié)果后，在icepak熱分析軟件中搭建此平臺模型，設(shè)定實驗裝置各相關(guān)參數(shù)，分別進行模擬仿真。得到溫度云圖后記錄對應(yīng)發(fā)熱功率下最高溫度，與實際實驗結(jié)果對比，分析實驗誤差產(chǎn)生的原因，并且探究更為有效的散熱方試。四、實驗步驟1、 實測過程 1、搭建電子發(fā)熱模擬裝置； 2、連接溫度采集儀、A/D轉(zhuǎn)換器及PC分析端； 3、分別設(shè)置發(fā)熱片功率為4W和5W時，記

4、錄此時發(fā)熱片的溫度； 4、測量模擬發(fā)熱裝置的幾何尺寸。 5、實測數(shù)據(jù)記錄。實驗結(jié)果： 室溫：25.5熱源發(fā)熱功率4W5W熱源表面溫度/96.5103 二、仿真過程 問題描述：機柜包含有一個陶瓷發(fā)熱片，6個wall作為設(shè)備殼體，5個開孔opening，2個支架block，一個基板plate和一個發(fā)熱片block。設(shè)置發(fā)熱片功率為4W和5W，當環(huán)境溫度為25.5時，測量其表面溫度。 1、打開一個新的project； 2、建立模型； 3、網(wǎng)格生成； 4、檢查氣流； 5、保存文件； 6、求解計算； 7、檢查結(jié)果。最終，我們設(shè)定熱源發(fā)熱功率為5W，得到熱源表面溫度云圖如下所示： 綜合實測記錄數(shù)據(jù)及實驗仿

5、真結(jié)果對比，可得：發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差510397.655.48%5、 實驗結(jié)果分析經(jīng)過實際進行實驗測量與在icepak軟件上仿真的結(jié)果相對比，可以發(fā)現(xiàn)，實際所測與仿真結(jié)果仍存在較大差異，這其中誤差的來源有許多，我們小組經(jīng)過對實驗過程的分析討論，認為以下影響因素是導(dǎo)致產(chǎn)生誤差的主要原因。1、 首先是對于實驗電子發(fā)熱模擬裝置的測量存在誤差，比如對于實驗的箱體、發(fā)熱源、亞克力板的厚度等測量存在誤差，最終導(dǎo)致所建立的模型存在形體上的偏差，進而導(dǎo)致實驗結(jié)果也產(chǎn)生了一定的影響；2、 另外，在使用熱電偶測溫儀測量發(fā)熱源表面溫度時，由于熱電偶與發(fā)熱源接觸不充分導(dǎo)致熱電偶測溫存在偏差。而且由于

6、使用膠帶進行固定，對于熱源表面的溫度場也會產(chǎn)生一定的影響。還有，由于記錄溫度時由于溫度未達到理想的穩(wěn)定狀態(tài)就進行記錄，也會造成實驗的誤差；3、 在進行實際的實驗測量時，由于周圍人員的走動從而影響了測量裝置周圍的流場，在對于測量自然對流的散熱情況時，這一因素影響較為顯著；4、 當然，由于對于熱仿真軟件icepak本身使用的不熟悉，在建立模型時存在誤差，在設(shè)定各個模塊的參數(shù)時會有疏漏甚至于錯誤，當然，這些對于實驗結(jié)果都是有影響的。6、 實驗總結(jié)此次實驗的內(nèi)容是對于自然對流情況下的散熱狀況進行模擬仿真，當然，物體主要靠三種換熱方式進行散熱：自然對流、導(dǎo)熱和輻射。在此次實驗中，主要考慮了自然對流對于熱

7、源散熱的影響。此次試驗過程中存在很多問題，不僅有實驗過程中還有在課下進行實驗仿真時。在實驗過程中，首先對于實驗裝置的尺寸測量就是一個不小的難點。如何利用游標卡尺去準確地測量每一個實驗裝置的尺寸，怎樣確定它們的定位尺寸都是需要技巧和極大的耐心的。另外一方面，如何學會去使用現(xiàn)場儀器，去懂得如何設(shè)定每個參數(shù)以及弄懂它們的含義也是至關(guān)重要的。而且，在測量溫度時，對于記錄溫度也是需要極大的耐心，要等到熱源表面溫度趨于穩(wěn)定時在進行記錄，否則便會引起實驗結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。當然在這個過程中學長與老師也給予了很多耐心的解答與幫助，使我們能很快的進入實驗狀態(tài)。在進行仿真的過程中，對于如何建立模型又是個難點。雖然

8、已經(jīng)得到了實驗裝置各個部件的具體形位尺寸和它們的定位尺寸，但如何將這些尺寸轉(zhuǎn)化為三維坐標又需要很大的耐心。之后再一步步進行網(wǎng)格的劃分、求解以及最后得到溫度云圖和速度向量圖。仿真過程中需要謹慎地設(shè)定每一個物體的參數(shù)，比如說發(fā)熱源的功率，以及對流換熱系數(shù)和材料的導(dǎo)熱系數(shù)等。只有這些統(tǒng)統(tǒng)都準確無誤才能得到最終準確的結(jié)果。通過這次實驗，才發(fā)現(xiàn)理論與實踐是存在差異的?？赡茉谡n堂上學習熱設(shè)計的相關(guān)知識時，覺得并沒有那么難?？墒钱斘覀冇龅秸嬲貙嵺`工程問題時，才是對于我們實際掌握能力的準確考察。因此，通過此次實驗，我們意識到不僅要扎實學習課本上的知識，還要緊密聯(lián)系實際，將理論知識運用到實際工程問題中去檢驗，

9、才是我們能力素質(zhì)的實質(zhì)性提高。7、 個人工作內(nèi)容及收獲在此次實驗中，我主要負責使用熱仿真軟件icepak進行整個實驗裝置的建模和熱仿真分析與計算。當然也是第一次接觸此類熱仿真軟件的使用，在建模以及之后進行計算的過程中遇到了不少的問題。建模中對于三維形位尺寸以及定位尺寸的確定著實需要耐心，對于材料導(dǎo)熱系數(shù)、對流換熱系數(shù)的設(shè)定剛開始就忽視了，還有重力方向的設(shè)定，由于不熟悉軟件的使用而出現(xiàn)了好多問題，通過自己在網(wǎng)上找資料去熟悉該軟件的使用，還詢問了學長，老師與學長都給予我很大的 幫助，在此我要感謝他們。當然，也參與了實驗過程中實測溫度的測量與記錄工作，課后組員之間經(jīng)常溝通討論，對于實驗和仿真過程中遇

10、到的問題去討論分析，共同去解決。當然，通過此次實驗，不僅對于icepak軟件的使用有了很好地掌握，也對于課堂上之前學過的熱設(shè)計知識溫故而知新。很好地將理論與實踐進行結(jié)合，通過具體的工程問題去檢驗自己知識掌握的程度以及靈活運用的程度。在實驗和仿真過程中遇到的問題自己去解決，才真正提高了自己解決問題的能力，通過與組員之間的密切交流，也提高了在團隊協(xié)作中如何去發(fā)揮團隊的力量。電子設(shè)備熱設(shè)計實驗第二階段實驗報告一、實驗?zāi)康脑陔娮訖C械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)和工作中，由于阻性元件的存在不可避免地會產(chǎn)生大量熱量。如果不能將產(chǎn)生的熱量及時導(dǎo)出設(shè)備體外，則會導(dǎo)致設(shè)備器件表面溫度上升，溫度超過規(guī)定后勢必影響該設(shè)備的功能實現(xiàn)

11、。尤其是如今電子元器件高度集成化，其散熱問題則更加尖銳和突出。本實驗旨在模擬一個電子設(shè)備的發(fā)熱模型，通過常見的散熱方式對設(shè)備進行散熱處理，通過實驗結(jié)果的對比分析，探究常見散熱方法的散熱效率。同時，借助相應(yīng)熱分析軟件icepak進行實驗的仿真，熟悉該軟件的使用過程，并將仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，分析產(chǎn)生誤差的原因。最終基于多組實驗的實驗結(jié)果分析，探究散熱效率最高的散熱方式。實驗通過設(shè)計多組散熱方式，進行實驗和仿真模擬，探討如何去降低熱源表面溫度。通過多組實驗的對比分析，最終得到最好的散熱方試。二、實驗器材電子設(shè)備模擬發(fā)熱實驗平臺 1套測量工具（包括游標卡尺及直尺等） 1套多路溫度巡檢儀 1臺實

12、驗平臺主機 1臺溫度采集儀 1個散熱風扇 1個肋板散熱器 1個熱電偶測溫儀 1套3、 實驗內(nèi)容此次實驗為探究最佳的散熱方式，根據(jù)現(xiàn)有的實驗器材，進行多種散熱方式的組合去進行實驗。進過組員之間的討論分析，最終確定使用風扇進行散熱，從而將其結(jié)果與自然對流散熱方式進行比較，探究風扇的散熱能力。另外，加上翅片散熱器進行散熱，同樣，探究翅片散熱器對于散熱效果的影響。最后一種則是同時加上風扇和翅片散熱器，來探究這兩種散熱方式組合時所產(chǎn)生的散熱效果。我們進行了三組實驗方案的設(shè)計和實施，并且分別作了仿真模擬分析，分別是：自然對流與強迫風冷對比、自然對流與散熱器散熱對比、自然對流與同時加散熱器與風扇相對比。當然

13、，也有之間的進一步對比，來分析討論每種散熱方式的效果，從而確定最佳的散熱方案。4、 實驗結(jié)果與仿真結(jié)果的對比分析1、 風扇在側(cè)、開孔全開且發(fā)熱功率為5W情況下（1）實驗實測結(jié)果記錄環(huán)境溫度/風機轉(zhuǎn)速/RPM熱源功率/W熱源表面溫度/20.34280570.9（2） 仿真過程1）此種情況建模如下： 2）劃分網(wǎng)格：3） 結(jié)果顯示：（下圖分別為溫度云圖和速度矢量圖）仿真與實測結(jié)果對比： 發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差570.966.137.21%2、 加翅片散熱器、開孔全開且發(fā)熱功率為5W情況下（1） 實驗實測結(jié)果記錄環(huán)境溫度/熱源功率/W熱源表面溫度/20.1580.8（2） 仿真過程 1）

14、此種情況建模如下：2） 劃分網(wǎng)格：3） 結(jié)果顯示：（下圖分別為溫度云圖）仿真與實測結(jié)果對比： 發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差580.884.845%3、 風扇在側(cè)、加翅片散熱器、開孔全開且發(fā)熱功率為5W情況下（1）實驗實測結(jié)果記錄環(huán)境溫度/風機轉(zhuǎn)速/RPM熱源功率/W熱源表面溫度/21.34280537.5（2）仿真過程1）此種情況建模如下：2） 劃分網(wǎng)格：3） 結(jié)果顯示：（下圖分別為溫度云圖）仿真與實測結(jié)果對比： 發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差537.538.793.441%5、 實驗結(jié)果分析發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差510397.655.48%1、自然對流2、風扇在側(cè)

15、、開孔全開且發(fā)熱功率為5W情況下發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差570.966.137.21%3、加翅片散熱器、開孔全開且發(fā)熱功率為5W情況下發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差580.884.845%4、風扇在側(cè)、加翅片散熱器、開孔全開且發(fā)熱功率為5W情況下發(fā)熱功率/W實測結(jié)果/仿真結(jié)果/誤差537.538.793.441%1組和2組對比，在自然對流情況下，實測熱源表面溫度為103，而當在側(cè)面加了風機時，溫度則降到70.9，效果明顯。從此組實驗結(jié)果的對比中可以得到結(jié)論：自然對流散熱效果有限，而風機具有良好的散熱效果。因此，在實際工程應(yīng)用中，風機散熱扮演了很重要的角色。1組和3組對比，當加

16、上翅片散熱器后，與自然對流情況下相對比，仍獲得了很好的散熱效果，由此組實驗結(jié)果的對比分析可以得到結(jié)論：相比于自然對流，加上散熱器后的降溫效果要明顯的多。2組和3組對比，將2組和3組的實驗結(jié)果相對比可以發(fā)現(xiàn)，當僅僅只加風扇時，溫度降到70.9，而當僅僅加上翅片散熱器后，溫度降到了80.8。這兩組實驗的對比，可以看出，在一般情況下，風機的散熱能力要強于普通翅片散熱器的散熱效果。1組、2組、3組和4組對比，將這4組實驗放在一塊兒進行比較可以看出，當我們把兩種散熱方式組合應(yīng)用時，所產(chǎn)生的降溫效果是最為顯著的，它將熱源表面的溫度降到37.5，散熱效率在所有的實驗中是最佳的。由此我們不難得出結(jié)論：根據(jù)這幾

17、組實驗的綜合分析，當把翅片散熱器和風機組合使用進行散熱時，散熱效果最佳。6、 實驗總結(jié)通過第二階段實驗的進行，才真正懂得了如何去探究一個問題。在這些組別的實驗過程中，仍舊會出現(xiàn)第一階段所遇到的種種困難。但有了第一階段的實驗過程后，對于整個實驗過程和仿真過程的熟練程度已經(jīng)有了很大的提高，所以也會順利很多。第二階段的關(guān)鍵在于對于一個具體問題的探究與分析。老師所給的題目屬于開放性的實驗項目，要求我們想辦法去降低熱源表面的溫度，而剩下的就要我們自己去設(shè)計具體的實驗方案再加以驗證，通過之前的假設(shè)、之后的驗證，還有實驗結(jié)果的對比分析，去討論每種散熱方式的優(yōu)劣。然后在綜合所有的實驗項目，分析得到最佳的降溫方

18、案。其實這個過程與工程實踐中的流程趨于一致，也是對于我們知識掌握程度最大化的考察。當我們遇到具體的問題時，先分析問題，再提出假設(shè)，然后根據(jù)假設(shè)設(shè)計相應(yīng)的實驗去驗證，再對實驗結(jié)果進行反復(fù)的對比與分析，找到最佳的方案。7、 個人工作內(nèi)容及收獲在第二階段的實驗中，我主要是負責熱設(shè)計模型建立與仿真分析與計算。在這個過程中對于整個實驗的把握和熱分析軟件的使用更為熟悉，而且對于如何去完成一個具體工程問題的具體過程有了大致的了解。當然，實驗方案的確立是基于全組成員的共同討論和交流，然后分析所做假設(shè)的可行性，再確立最終的實驗方案。在進行實驗實測的過程中，也參與了實驗數(shù)據(jù)的采集與記錄，在之后撰寫報告的過程中也有參與排版。總之，經(jīng)過這次熱設(shè)計實驗，我有了很大的收獲與提升。首先是對于之前熱設(shè)計課程課堂上學習的知識進行了全面的應(yīng)用，使自己對于知識有了全新的認識，看到了理論知識在實踐中的基本運用。另外，對于此次熱設(shè)計裝置有了主觀上感性的認識，使自己對于如何去搭建一個簡單的熱設(shè)計實驗裝置有了進一步的了解，對于以后進行此方面的實驗有了莫大的幫助。還有，這次熱設(shè)計實驗使我