系统级电子热仿真解决方案

15, 2017 InitialNovember Conditions
内容梗概
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电子散热仿真的工程背景
系统级热仿真案例 ANSYS 系统级电子散热产品方案
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© 2011 ANSYS, Inc.
November 15, 2017
Release 14.0
通信机箱散热分析
流道设计
展示目的: Icepak内置有系统 级模拟常用的简化电子散热 器件模型（如格栅、风扇 灯），设置更简单！
• 成本低
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速度快
模拟环境越来越逼近真实
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November 15, 2017
Release 14.0
电子热设计中仿真应用概览
• 现代雷达、电子干扰技术的发展和产品研制周期的 缩短
• 传统经验式的热设计手段已越来越制约相关设备冷 却技术的发展 • 冷却系统在研制设计过程中亟需提高分析和解决实 际问题的能力 航天及机载等恶劣环境条件下雷达发射机的热设计 仿真
相控阵雷达阵面风冷系统
液冷系统温场 。。。。。。
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© 2011 ANSYS, Inc.
November 15, 2017
Release 14.0
CFD技术——流体/热工业仿真解决方法
CFD（ Computational fluid dynamics ）技术是通过计算机来求解流动、 传热等控制方程来获得流场信息的一种仿真方法
V dA dA S dV dV t V A A V
瞬态项 对流项 扩散项
Control Volume*
求解方程 质量守恒方程 x方向动量方程 y方向动量方程 能量方程
源项

1 u v h
几何
Select Geometry
物理
Heat Transfer ON/OFF Ideal gas/Incompressible? Flow properties
某剖面位置处的速度矢量显示风扇处存在局部回流， 而且，一部分风量从热沉侧面短路逃逸，没有对电 子器件进行有效散热
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November 15, 2017
Release 14.0
回流
• 回流经常导致较高的进口温度和较 高的器件温度 • 为了模拟真实环境，此机箱被放置 在机架上重新进行了模拟 • 机架只构建出一小部分 • 假设计算机置于机架顶端 • 侧面有两根导轨 • 结果 • 存在较严重的回流 • 最大温度有明显变化 • 此模型中最大温度为128 • 原始模型的温度约113 ℃
降额使用 特种元器件温度补偿与控制 合理设计印制电路板结构 热阻处理
依据在哪？
• 元器件的合理布局可减小热阻 散热装置 • 降温处理 等温处理 控温处理
4 © 2011 ANSYS, Inc. November 15, 2017 Release 14.0
CFD技术——与热测试并驾齐驱的热设计 手段
简化风扇模型和真实风扇模型的比较
MRF 较强的旋流 – 因此垂直速度较小
简化模型 真实风扇
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November 15, 2017
Release 14.0
计算机机箱散热设计
分析目的 • 对比不同的散热设计方案 • 找寻散热设Leabharlann Baidu方案的不足
• 设计师的关注点：
– 检查热点 – 计算风扇操作点 – 检查散热通道 – 是否有回流/短路？
顶端支撑和分流器：
方孔 - 321 排列
Exhaust
Cards Region
底端支撑和分流器：
方孔 - 321 排列
3个风扇
9 © 2011 ANSYS, Inc. November 15, 2017
Inlet
Release 14.0
分流器的设计 简化Grille模型 vs 实际模型
Icepak提供了多种模拟格栅/孔板的 方法 – 实际建模。多孔排列 – 等效的带有流动阻力的平面Grille模型 – 比较不同的结果
Release 14.0
热——电子设备运行的关键问题
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电子器件的故障与其 工作温度有密切关系
对温度最为敏感的: 大量使用的半导体器 件和微电路,故障率随 温度的增加而指数地 上升
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November 15, 2017
Release 14.0
电子热设计方法
• 热源处理
系统级电子热仿真解决方案
14. 0 Release
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© 2011 ANSYS, Inc.
November 15, 2017
Release 14.0
内容梗概
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电子散热仿真的工程背景
系统级热仿真案例 ANSYS 系统级电子散热产品方案
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© 2011 ANSYS, Inc.
November 15, 2017
展示目的: Icepak可以处理曲 面等复杂几何结构，也可以 进行方案对比和设计优化， 非常适合于复杂系统的热设 计！
原始设计方案
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November 15, 2017
Release 14.0
原始模型，环境温度 20 o C
温度云图
回流
某剖面处的速度矢量
温度云图中可以观察到模型中的热点。最大温度在 CPU处，约113℃。主板和QFP处温度较高
方孔 - 321
风扇 进口
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© 2011 ANSYS, Inc.
November 15, 2017
Release 14.0
分流器模型的比较 简化Grille模型 vs 实际模型
Grille : 简化的一个带有阻力的平面 321 方孔排列
风速的大小与分布都不尽相同
11 © 2011 ANSYS, Inc. November 15, 2017 Release 14.0
网格
Hex Unstructured/HDM Stair Step
求解
Steady/ Unsteady Iterations/ Steps Convergent Limit Precisions(single/ double)
数值报告
Monitor Plots
XY Plot Overall Report Customized Report
后处理
Contours Vectors Streamlines
Geometry Parameters
Domain Shape and Size
Viscous/Radiation Model Boundary Conditions
Numerical Scheme Release 14.0
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