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某密闭电子设备的热设计_电子设备热设计

来源:改革 时间:2019-11-05 07:53:10 点击:

某密闭电子设备的热设计

某密闭电子设备的热设计 0引言 电子设备热设计是指对电子设备的发热元器件以及整机设备或系统 的温度进行控制所采取的措施,其目的在于保证电子设备或系统正常、稳定、可 靠工作。

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)

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