某電子設(shè)備熱分析及Icepak軟件應(yīng)用

某電子設(shè)備熱分析及Icepak軟件應(yīng)用摘要溫度是影響電子設(shè)備可靠性的主要因素，若生產(chǎn)出產(chǎn)品后在實(shí)際樣機(jī)中做實(shí)驗(yàn)測(cè)試其溫度，不但花費(fèi)時(shí)間，而且可能溫度早已超過(guò)容許溫度，致使產(chǎn)品報(bào)廢。運(yùn)用電子設(shè)備熱分析軟件模擬其發(fā)熱情況，找出溫度分布情況。若達(dá)不到要求，就采取散熱措施，直到溫度被控制到容許的范圍內(nèi)，從而提高產(chǎn)品的一次成功率、改善電子產(chǎn)品的性能和可靠性、縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。本文在闡述電子設(shè)備熱分析重要性的同時(shí)，介紹Icepak軟件的應(yīng)用范圍及技術(shù)特點(diǎn)，并利用Icepak軟件對(duì)某電子設(shè)備進(jìn)行熱分析，在此基礎(chǔ)上加上散熱片、風(fēng)扇對(duì)該電子設(shè)備的熱控制進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)散熱片和風(fēng)扇的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。數(shù)值仿真結(jié)果表明，通過(guò)同時(shí)加散熱片和風(fēng)扇的方法能滿足熱控制要求。關(guān)鍵詞電子設(shè)備，熱設(shè)計(jì)，Icepak，可靠性1緒論據(jù)美國(guó)空軍航空電子整體研究項(xiàng)目(USAirForceAvionicsIntegrityProgram)對(duì)元器件失效原因所進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)(圖1.1)表明：溫度是影響元器件可靠性的主要因素。另外，電子設(shè)備的運(yùn)行實(shí)踐(圖1.2)表明：隨溫度的增加，元器件的失效率呈指數(shù)增長(zhǎng)[1]。若不采取合理的熱控制技術(shù)，必將嚴(yán)重影響電子元器件和設(shè)備的可靠性[2]。因此發(fā)熱問(wèn)題，被認(rèn)為是電子工業(yè)面臨的三大問(wèn)題之一，已引起了人們的普遍關(guān)注。圖1.1元器件失效構(gòu)成元素圖1.2結(jié)溫與失效率示意圖“熱”問(wèn)題，促進(jìn)了熱分析技術(shù)的迅猛發(fā)展。國(guó)外許多公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了電子設(shè)備熱分析軟件，并大多已商品化。例如，美國(guó)Fluent公司的Icepak軟件，英國(guó)Flomerics公司的Flotherm軟件等。利用熱分析軟件能夠比較真實(shí)地模擬系統(tǒng)的熱狀況，能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行熱仿真，確定出模型中溫度的最高點(diǎn)。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行修改或采取必要的散熱措施，消除其熱問(wèn)題，使其最高溫度控制在允許的溫度范圍內(nèi)，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2熱設(shè)計(jì)基本理論電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)對(duì)發(fā)熱元件、整機(jī)設(shè)備的散熱，或?qū)σ恍┯刑厥庖蟮脑O(shè)備進(jìn)行加熱、恒溫等設(shè)計(jì)，使電子設(shè)備在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)正常工作。也即如何加強(qiáng)或削弱熱量的傳遞。2.1傳熱的基本概念熱量在溫度差作用下從一個(gè)物體傳遞至另外一個(gè)物體，或者在同一物體的各個(gè)部分之間進(jìn)行傳遞的過(guò)程稱為傳熱。只要有溫度差，就會(huì)有傳熱現(xiàn)象。自然界和工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中普遍存在溫度差，因此傳熱是自然界和生產(chǎn)技術(shù)中最普遍的現(xiàn)象之一。2.2傳熱的基本方式2.2.1熱傳導(dǎo)[3]物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱能傳遞稱為熱傳導(dǎo)(heatconduction)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。通過(guò)對(duì)大量實(shí)際導(dǎo)熱問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)提煉，導(dǎo)熱現(xiàn)象的規(guī)律已經(jīng)總結(jié)為博里葉(Fourier)定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式(2.1)式中：負(fù)號(hào)表示熱量傳遞方向與溫度升高的方向相反；為材料的熱導(dǎo)率，又稱導(dǎo)熱系數(shù)(thermalconductivity)，；為熱流密度，。2.2.2對(duì)流換熱[2]熱對(duì)流(heatconvection)是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷、熱流體相互摻混所導(dǎo)致的熱量傳遞過(guò)程。對(duì)流傳熱的基本計(jì)算式是牛頓(Newton)冷卻公式(Newton’slawofcooling)：式(2.2)式中：h為對(duì)流傳熱系數(shù)(convectiveheattransfercoefficient)，；為固體表面的溫度，K；為周圍流體的溫度，K。2.2.3輻射換熱[4]輻射換熱(radiativeheattransfer)是指物體發(fā)射電磁能，并被其他物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過(guò)程。在工程中通?？紤]兩個(gè)或兩個(gè)以上物體之間的輻射，系統(tǒng)中每個(gè)物體同時(shí)輻射并吸收熱量。它們之間的凈輻射換熱量傳遞可以由斯蒂芬—玻耳茲曼(Stefan—Boltzmann)定律揭示：式(2.3)式中：為物體的發(fā)射率，習(xí)慣上又稱黑度(emissivity)，其值總小于1；為斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù)，其值為；為輻射面1的面積，；為1表面對(duì)2表面的角系數(shù)；，為輻射面1，2表面的絕對(duì)溫度，K。2.3電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)2.3.1熱設(shè)計(jì)的熱環(huán)境電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)首先遇到是各類電子設(shè)備工作時(shí)，熱環(huán)境的可變性和復(fù)雜性。由于電子設(shè)備工作場(chǎng)所不同，它的熱環(huán)境也不同。根據(jù)我國(guó)的地理位置，電子產(chǎn)品的氣候條件分為：熱帶、亞熱帶、溫帶和寒帶等四個(gè)氣候帶。并分為濕熱區(qū)、亞濕熱區(qū)、亞干熱區(qū)、高原區(qū)、溫和區(qū)和干燥區(qū)等六個(gè)氣候區(qū)。電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)考慮的環(huán)境因素有溫度、氣壓、輻射及特殊使用環(huán)境(軍用產(chǎn)品)等。2.3.2對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行合理的熱設(shè)計(jì)，是為了用較少的冷卻代價(jià)獲得高可靠的電子設(shè)備。熱設(shè)計(jì)必須滿足兩個(gè)條件：①把設(shè)備的溫度限制在某一最大和最小的范圍內(nèi)；②盡量使設(shè)備內(nèi)各點(diǎn)之間的溫差最小。因此，熱設(shè)計(jì)的基本原則如下：1)保證冷卻系統(tǒng)具有良好的冷卻功能，即要保證設(shè)備內(nèi)的元件均能在規(guī)定的熱環(huán)境中正常工作。2)對(duì)密封設(shè)備，必須同時(shí)考慮內(nèi)部和外部的兩種熱設(shè)計(jì)方案，使其從內(nèi)部向外部件傳遞的熱阻減至最小。3)保證冷卻系統(tǒng)工作的可靠性。4)冷卻系統(tǒng)要具有良好的適應(yīng)性。5)冷卻系統(tǒng)要便于使用維修，便于測(cè)試和更換元件。6)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要有良好的經(jīng)濟(jì)性，使其成本只能占整個(gè)設(shè)備成本的一定比例。設(shè)計(jì)一個(gè)較好的冷卻系統(tǒng)，必須綜合各方面的因素，使其既能滿足冷卻要求，又能達(dá)到電氣性能的指標(biāo)，所用的冷卻代價(jià)最小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。而這樣一個(gè)冷卻系統(tǒng)往往要通過(guò)一系列的技術(shù)方案論證之后才能得到。這里要遵循的原則是：最佳的熱設(shè)計(jì)應(yīng)是能滿足技術(shù)要求的最簡(jiǎn)單的方案。2.3.3熱設(shè)計(jì)的基本步驟現(xiàn)在進(jìn)行電子元器件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般都要進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，熱設(shè)計(jì)的主要步驟：1)掌握與熱設(shè)計(jì)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及其他相關(guān)文件，確定設(shè)備或元件的功耗和散熱面積，散熱器或冷卻劑的最高和最低環(huán)境溫度范圍；2)確定可以利用的冷卻技術(shù)和限制條件；3)對(duì)每個(gè)電子元器件進(jìn)行應(yīng)力分析，并根據(jù)設(shè)備可靠性確定每個(gè)元器件的最高允許溫度；4)選擇適當(dāng)?shù)臒岱治龇椒?，例如熱電模擬法或計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬法；5)選擇冷卻方案，計(jì)算成本，對(duì)多種方案進(jìn)行優(yōu)化選擇；6)熱設(shè)計(jì)的同時(shí)還應(yīng)考慮可靠性、安全性、維修性及電磁兼容性等的設(shè)計(jì)。2.3.4散熱方式為了避免熱量在電子元器件系統(tǒng)內(nèi)堆積而影響電子元器件系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，必須采取一定的方式或方法把多余、有害的熱量及時(shí)的散發(fā)出去。電子設(shè)備(或元件)產(chǎn)生的熱量可以用各種冷卻方法，單獨(dú)地或由幾種冷卻方法聯(lián)合作用將熱只從設(shè)備中(或元件上)帶走，或傳送到設(shè)備外的周圍介質(zhì)中去。電子設(shè)備冷卻系統(tǒng)可以簡(jiǎn)略地按下列兩種基本原則分類：1.按冷卻劑與被冷卻元件之間的配置關(guān)系分1)直接冷卻這種方法是冷卻劑進(jìn)入電子設(shè)備后，直接與被冷卻元件相接觸，將元件的熱量帶定，達(dá)到冷卻的目的。2)間接冷卻設(shè)備內(nèi)部的冷卻劑通過(guò)所有的發(fā)熱元件，將接收到的熱量傳到設(shè)備的外殼，再通過(guò)外部的一個(gè)熱交換器，由外部冷卻劑將熱量散掉。2.按傳熱機(jī)理分1)自然冷卻在發(fā)熱密度不高的電子設(shè)備中，例如一般的電子儀器，自然散熱應(yīng)用得比較多。自然散熱的主要任務(wù)是通過(guò)合理的熱設(shè)計(jì)，特設(shè)備內(nèi)部的熱量以最低的熱阻暢通地排到設(shè)備外部的環(huán)境中，保證電子設(shè)備在允許的溫度范圍內(nèi)正常地工作。2)強(qiáng)迫冷卻強(qiáng)迫冷卻包括強(qiáng)迫風(fēng)冷和強(qiáng)迫液體冷卻，強(qiáng)迫對(duì)流換熱是利用通風(fēng)機(jī)或泵，驅(qū)使工作流體(空氣或液體)流經(jīng)發(fā)熱表面，把熱量帶走的一種冷卻方法。流體速度越高，發(fā)熱面與流體問(wèn)形成的邊界層的熱阻就越小，帶走的熱量就越多。在電子設(shè)備中，強(qiáng)迫風(fēng)冷的能力比自然散熱大十倍左右。而強(qiáng)迫液體冷卻的散熱能力比風(fēng)冷還要大十倍以上。但是，強(qiáng)迫冷卻系統(tǒng)與自然散熱系統(tǒng)相比較，成本、噪聲和復(fù)雜性增加了。對(duì)液冷系統(tǒng)而言，尺寸和重量也部增加了。因此，從可靠性角度而言，強(qiáng)迫冷卻系統(tǒng)不如簡(jiǎn)單的自然散熱系統(tǒng)。在強(qiáng)迫對(duì)流冷卻系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)兩種流動(dòng)狀態(tài)——層流和紊流。從散熱效果考慮，希望處于紊流狀態(tài)，因?yàn)槲闪鲿r(shí)，冷卻效果好。但是紊流時(shí)，流體流動(dòng)速度較離，通過(guò)系統(tǒng)的壓力損失比較大總既要求通風(fēng)機(jī)或泵的驅(qū)動(dòng)功率較大，但是增加了通風(fēng)機(jī)的尺寸和重量。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮，以便獲得一個(gè)比較理想的冷卻系統(tǒng)。3)蒸發(fā)冷卻蒸發(fā)冷卻是利用液體沸騰時(shí)吸收汽化潛熱的原理制成的一種冷卻裝置。由于它具有單位面積散熱功率大、過(guò)裁能力強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前為大功率發(fā)射機(jī)(雷達(dá)發(fā)射機(jī)、廣播與電視發(fā)射機(jī)等)的發(fā)射管冷卻所普遍采用。4)其他冷卻方法電子設(shè)備的散熱除了上述幾種基本的冷卻方法外，還有半導(dǎo)體致冷，熱管傳熱等方法。2.3.5散熱方式的選擇散熱方式的選擇應(yīng)保證設(shè)備既能滿足電氣性能的要求，又能滿足熱可靠性的指標(biāo)。選擇散熱方式時(shí)，應(yīng)考慮下列因素：設(shè)備的熱流密度、體積功率密度、總功耗、表面積、體積、工作環(huán)境條件（溫度、濕度、氣壓、塵埃）、熱沉及其它特殊條件等。確定散熱方法的主要程序如圖2.1所示。圖2.1散熱方法選擇程序散熱方法確定之后，應(yīng)該仔細(xì)研究電子設(shè)備中各種電子元件的安裝方案和設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)形式。從熱設(shè)計(jì)要求出發(fā)，應(yīng)盡量減小傳熱路徑的熱阻，合理布置發(fā)熱元件與熱敏元件的位置，注意印刷電路板放置的方向以及它們之間的間距；冷卻空氣的通道是否合理，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生氣流短路和回流現(xiàn)象等。3電子熱分析軟件ICEPAK簡(jiǎn)介ICEPAK軟件是由全球最優(yōu)秀的計(jì)算流體力學(xué)軟件提供商Fluent公司，專門為電子產(chǎn)品工程師定制開(kāi)發(fā)的專業(yè)的電子熱分析軟件。作為專業(yè)的熱分析軟件，可以解決環(huán)境級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)、元件級(jí)等各種不同尺度級(jí)別的散熱問(wèn)題。借助ICEPAK的分析和優(yōu)化結(jié)果，用戶可以減少設(shè)計(jì)成本、提高產(chǎn)品的一次成功率(get-right-first-time)、改善電子產(chǎn)品的性能、提高產(chǎn)品可靠性、縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。3.1自動(dòng)網(wǎng)格生成ICEPAK具有自動(dòng)化的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成能力。支持四面體、六面體以及混合網(wǎng)格類型，網(wǎng)格參數(shù)完全由用戶自行控制，如果需要，可對(duì)某個(gè)元件的網(wǎng)格進(jìn)行加密，局部加密不會(huì)影響到其它區(qū)域和元件的網(wǎng)格。3.2廣泛的模型能力Icepak擁有用戶模擬過(guò)程所需要的各種物理模型，包括流動(dòng)模型和傳熱模型。這些模型具有足夠的精度和可靠性。傳熱模型包括強(qiáng)迫對(duì)流、自然對(duì)流和混合對(duì)流模型、固體中的熱傳導(dǎo)模型、流體與固體之間的耦合傳熱模型、物體表面間的熱輻射模型。另外，用戶還可以模擬層流、湍流、穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。3.3解算功能求解器——①采用FLUENT全球最強(qiáng)大的CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）求解器；②采用有限容積法(FiniteVolumeMethod），結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的求解器；③并行算法，能夠?qū)崿F(xiàn)UNIX或NT的網(wǎng)絡(luò)并行。3.4可視化后置處理面向?qū)ο蟮?、完全集成的后置處理環(huán)境：①可視化速度矢量圖、等值面圖、粒子軌跡圖、網(wǎng)格圖、切面云圖、點(diǎn)示蹤圖；②圖片輸出格式有：postscripts，PPM，TIFF，GIF，JPEG和RGB格式；③動(dòng)畫(huà)輸出格式有：Avi，MPEG，Gif；④后處理的結(jié)果可以輸出到I-deas，Patran，Nastran，Ansys等結(jié)構(gòu)分析軟件。4某電子設(shè)備熱分析4.1工況分析某電子設(shè)備如圖4.1所示(詳細(xì)尺寸請(qǐng)參照零件圖“正交器”和裝配圖“和正交器及方圓過(guò)渡”)，已知：元件材質(zhì)：H96；散熱片材質(zhì)：H62；耗散功率：P=411.8W；發(fā)熱源為波導(dǎo)內(nèi)壁各表面；環(huán)境溫度：；最高溫度：。試分析風(fēng)冷散熱達(dá)到允許溫度范圍時(shí)元件外壁加散熱片的大小、形狀、厚度及密集程度等各項(xiàng)參數(shù)，以及風(fēng)流量的大小方向等要求。由于元件的總功率較高，而要求的最高容許溫度較低。若要在實(shí)際樣機(jī)中做實(shí)驗(yàn)測(cè)試其溫度，不但花費(fèi)時(shí)間，而且可能溫度早已超過(guò)容許溫度，致使設(shè)備報(bào)廢。所以，先在Icepak中模擬其發(fā)熱情況，找出溫度分布情況。若達(dá)不到要求，就應(yīng)采取散熱措施，直到溫度被控制到容許的范圍內(nèi)。圖4.1某電子設(shè)備4.2創(chuàng)建材料物體的黑度是實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比。黑度的大小與物體的材料、溫度以及表面氧化程度和涂覆情況有關(guān)。由試驗(yàn)方法測(cè)得物體黑度的結(jié)果表明：物體氧化程度越高，黑度也越高[2-4]。所以，為了提高物體的黑度，需要對(duì)元件表面采取黑色氧化處理。所定義的材料具體參數(shù)如表4.1所示。表4.1材料參數(shù)DensitySpecificheatConductivity電子元件材料H968.85g\cm3387.0J/kg-C244.93W/m-C散熱片材料H628.43g\cm3385.2J/kg-C244.93W/m-C黑色氧化處理層材料faceEmissivity0.94.3建立模型要建立模型，首先改變cabinet到合適尺寸，然后創(chuàng)建cabinet中的對(duì)象。在建模時(shí)為了便于在實(shí)體上開(kāi)孔，用l2邊形代替圓。在實(shí)體上開(kāi)孔時(shí)必須注意：若想要在圓柱體上開(kāi)多邊形或矩形孔，直接用openings是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，必須用block塊，且blocktype選擇fluid才能實(shí)現(xiàn)。圖4.2為某電子設(shè)備熱分析模型。圖4.2某電子設(shè)備熱分析模型4.4網(wǎng)格生成網(wǎng)格生成是CFD建模中最重要的一方面，一般通過(guò)兩步來(lái)生成網(wǎng)格。首先會(huì)生成粗網(wǎng)格并檢查網(wǎng)格來(lái)確認(rèn)什么地方的網(wǎng)格需要加密。然后指定單個(gè)物體的網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置加密網(wǎng)格生成細(xì)網(wǎng)格并再次顯示網(wǎng)格以生成好的網(wǎng)格來(lái)滿足求解。圖4.3為某電子設(shè)備熱分析模型生成的細(xì)網(wǎng)格。圖4.3.1細(xì)網(wǎng)格(-X方向視圖圖4.3.2細(xì)網(wǎng)格(-Y方向視圖)4.5求解計(jì)算對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行求解前，要先設(shè)置迭代步數(shù)和收斂標(biāo)準(zhǔn)。Icepak軟件在流動(dòng)和傳熱問(wèn)題上，求解3個(gè)控制方程，即連續(xù)方程(質(zhì)量守恒方程)、動(dòng)量守恒方程(速度分布)和能量守恒方程(溫度分布)。計(jì)算過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)其中任何一個(gè)方程不收斂，就需要終止求解，重新檢查模型并查看網(wǎng)格劃分是否有誤，修改完后重新求解，直至迭代收斂。圖4.4給出了原始模型在自然對(duì)流散熱情況下的溫度云圖。圖4.4原始模型的溫度云圖注意到某電子設(shè)備的“⊥”字形交叉處是計(jì)算域中最熱的地方(圖中紅色區(qū)域)，最高溫度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于某電子設(shè)備的最高設(shè)計(jì)容許溫度：。為了使某電子設(shè)備實(shí)體的最高溫度降到可接受的范圍之內(nèi)，保證符合設(shè)計(jì)要求，這就需要對(duì)其采取散熱措施。比較簡(jiǎn)便有效的措施包括：①增加散熱片；②加裝風(fēng)機(jī)，強(qiáng)迫對(duì)流換熱。為了減少元件工作時(shí)的噪音和維修，提高系統(tǒng)可靠性，首先采取加散熱片的方式；若不能滿足要求，再加風(fēng)機(jī)，實(shí)行強(qiáng)迫對(duì)流。4.6改進(jìn)一：增加散熱器4.在加散熱片時(shí)，散熱片的位置如何放置，散熱片的肋片厚、肋間距、底板的尺寸為多少才能達(dá)到最優(yōu)，在Icepak中可反復(fù)計(jì)算對(duì)比其結(jié)果。Icepak本身提供了“參數(shù)式分析”來(lái)處理，也就是利用它的trials功能，將散熱片的某些參數(shù)設(shè)為變量，賦其一系列值，Icepak將同時(shí)計(jì)算出各種模型在不同厚度值時(shí)的求解結(jié)果。這樣既節(jié)省時(shí)間又減少麻煩。圖4.5為加裝散熱器后的某電子設(shè)備熱分析模型。圖4.5加裝散熱器后的熱分析模型4.6.2參照第4.4節(jié)，圖4.6為加裝散熱器后的某電子設(shè)備熱分析模型生成的細(xì)網(wǎng)格。圖4.6.1加裝散熱器后的某電子設(shè)備的細(xì)網(wǎng)格(-X方向視圖)圖4.6.2加裝散熱器后的某電子設(shè)備的細(xì)網(wǎng)格(-Y方向視圖)4.參照第4.5節(jié)，圖4.7給出了加裝散熱器后的某電子設(shè)備的溫度分布圖。圖4.7加裝散熱器后的溫度云圖注意到某電子設(shè)備的“⊥”字形交叉處的上端部分是計(jì)算域中最熱的地方(圖中紅色區(qū)域)，最高溫度，遠(yuǎn)高于某電子設(shè)備的最高設(shè)計(jì)溫度：。為了使某電子設(shè)備實(shí)體的最高溫度降到可接受的范圍之內(nèi)，保證符合設(shè)計(jì)要求，在以前保存的項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的方法是增加風(fēng)扇(fan）。4.7改進(jìn)二：增加一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇4.在加風(fēng)扇時(shí)，風(fēng)扇的位置如何放置，風(fēng)扇的直徑、風(fēng)流量的大小為多少才能達(dá)到最優(yōu)，在Icepak中可利用其本身提供的“trials”功能反復(fù)計(jì)算對(duì)比其結(jié)果。圖4.8為加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備熱分析模型。圖4.8加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的熱分析模型4.參照第4.4節(jié)，圖4.9為加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備熱分析模型生成的細(xì)網(wǎng)格。圖4.9.1加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備的細(xì)網(wǎng)格(-X方向視圖)圖4.9.2加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備的細(xì)網(wǎng)格(-Y方向視圖)4.參照第4.5節(jié)，圖4.10給出了加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備的溫度分布圖。圖4.10加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的溫度云圖注意到計(jì)算域中最熱的地方(圖4.10中紅色區(qū)域)，最高溫度，仍然高于某電子設(shè)備的最高設(shè)計(jì)溫度。為了使某電子設(shè)備實(shí)體的最高溫度降到可接受的范圍之內(nèi)，保證符合設(shè)計(jì)要求，在以前保存的項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的方法是在增加一個(gè)排氣風(fēng)扇(fan）。4.8改進(jìn)三：增加進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇4.參照第4.7.1節(jié)，圖4.11為加裝進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備熱分析模型。圖4.11加裝進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇后的熱分析模型4.參照第4.4節(jié)，圖4.12為加裝進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備熱分析模型生成的細(xì)網(wǎng)格。圖4.12.1加裝進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備的細(xì)網(wǎng)格(-X方向視圖)圖4.12.2加裝進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備的細(xì)網(wǎng)格(-Y方向視圖)4.參照第4.5節(jié)，圖3.13給出了加裝一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇后的某電子設(shè)備的溫度分布圖。圖4.13加裝進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇后的溫度云圖注意到計(jì)算域中最熱的地方(圖4.13中紅色區(qū)域)，最高溫度，已經(jīng)低于某電子設(shè)備的最高設(shè)計(jì)溫度：，符合設(shè)計(jì)要求。5結(jié)論本論文利用Icepak軟件建立某電子設(shè)備的散熱計(jì)算模型，并計(jì)算了風(fēng)冷散熱達(dá)到允許溫度范圍時(shí)元件外壁加散熱片的大小、形狀、厚度及密集程度等各項(xiàng)參數(shù)，以及風(fēng)流量的大小方向等參數(shù)要求。改進(jìn)一：增加散熱器注意到某電子設(shè)備的“⊥”字形交叉處的上端部分是計(jì)算域中最熱的地方(圖4.7中紅色區(qū)域)，最高溫度，遠(yuǎn)高于某電子設(shè)備的最高設(shè)計(jì)溫度：。為了使某電子設(shè)備實(shí)體的最高溫度降到可接受的范圍之內(nèi)，保證符合設(shè)計(jì)要求，在以前保存的項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的方法是增加風(fēng)扇(fan）。改進(jìn)二：增加一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)扇注意到計(jì)算域中最熱的地方(圖4.10中紅色區(qū)域)，最高溫度，仍然高于某電子設(shè)備的最高設(shè)計(jì)溫度。為了使某電子設(shè)備實(shí)體的最高溫度降到可接受的范圍之內(nèi)，保證符合設(shè)計(jì)要求，在以前保存的項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的方法是在增加一個(gè)排氣風(fēng)扇(fan）。改進(jìn)三：增加進(jìn)氣和排氣風(fēng)扇注意到計(jì)算域中最熱的地方(圖4.13中紅色區(qū)域)，最高溫度，已經(jīng)低于某電子設(shè)備的最高設(shè)計(jì)溫度：，符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)以上結(jié)構(gòu)在Icepak中進(jìn)行仿真模擬，篩選出使其達(dá)到要求時(shí)的散熱片的最佳參數(shù)為：波導(dǎo)外壁各表面都加上散熱片，散熱片的具體尺寸為底板2mm、肋片厚度2mm、肋間距6.5mm、肋片高32mm；風(fēng)扇的最佳參數(shù)為：直徑100mm，風(fēng)流量大小且表面作黑色氧化處理時(shí)，滿足設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)[1]于慈遠(yuǎn)．計(jì)算機(jī)輔助電子設(shè)備熱分析、熱設(shè)計(jì)及熱測(cè)量技術(shù)的研究[R]．博士后研究工作報(bào)告．北京國(guó)家圖書(shū)館，2000．9．[2]邱成悌，趙惇殳，蔣全興．電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M]．南京：東南大學(xué)出版社，2005．[3]余建祖．電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)及分析技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000．[4]陶文銓．?dāng)?shù)值傳熱學(xué)(第二版)[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，2001．[5]楊世銘，陶文銓．傳熱學(xué)．第3版[M]．北京：高等教育出版社，1998．[6]謝德仁．電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)[M]．南京：東南大學(xué)出版社，1988．[7]丁連莽譯校．電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)手冊(cè)[S]．MILhdbk-251Reliability／DesignApplication．北京：電子工業(yè)出版社，1989．[8]電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)手冊(cè)GJB/Z27-92[S]．北京：國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部，1992．[9]半導(dǎo)體器件散熱器型材散熱器GBT7423.2-87[S]．中華人民共和國(guó)電子工業(yè)部，1987．[10]可靠性工程師熱設(shè)計(jì)指南[S]．電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)化研究所．1985．[11]電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)手冊(cè)實(shí)施指南[S]．國(guó)防科工委軍用標(biāo)準(zhǔn)化中心全國(guó)軍事裝備可靠性標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．1992．[12](美)D.S.斯坦伯格著．電子冷卻技術(shù)[M]．北京：航空工業(yè)出版社．1990．[13]IcepakTrainingNotes．北京海基科技發(fā)展有限公司．[14]IcepakBasicTraining．FluentInc．．[15]IcepakUser’sGuide．FluentInc．．ThermalanalysistechnologyofelectronicsystemandapplicationofIcepaksoftwareChenShunbingInstructor:LiQinAbstract：Temperatureistheimpactofelectronicequipmentreliabilityofthemainfactors．iftheproductsproducedintheactualprototypeoftheexperimenttestingitstemperature，notonlyspendtime，andmayallowthetemperaturehasbeenmorethantemperature，resultinginproductsscrapped．Useofelectronicequipmentthermalanalysissoftwaresimulationoftheheatingsituation，findoutthetemperaturedistribution．Ifitcannotsatisfytherequirementsofthemeasurestakenheatuntilthetemperatureiscontrolledtotheextentpermitted，soastoenhanceaproduct'ssuccessrate，improvetheperformanceofelectronicproductsandreliability，shortenproducttimetomarket．Inthispaper，thermalanalysisontheimportanceofelectronicequipmentatthesametime，ontheapplicationofIcepaksoftwareandtechnicalcharacteristics，andusingIcepaksoftwareforelectronicequipmentofathermalanalysisonthisbasis，coupledwithheatsinks，fansoftheelectronicequipmentThermalcontroltoimprovethedesign，theheatsinkandfantheparametersareoptimized．Numericalsimulationresultsshowthatatthesametimeincreasethroughtheheatsinkandfanofthethermalcontrolmethodstomeettherequirements．Keyword：electronicsystem；thermaldesign；Icepak；reliability基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與