電子設備機箱散熱仿真分析

摘要：通過對電子設備加固機箱的主要熱源分析，從基本原理出發，對 PCB 板、元器件、導熱板和機箱外殼等方面提出具體的熱設計思想及實施方法，并使用6sigmaET軟件對系統熱設計進行了優化仿真。仿真和試驗結果表明，熱設計方案結構合理，能較好地滿足電子設備機箱的散熱要求，能夠準確可靠地運行。

關鍵詞：電子設備;熱分析;6sigmaET

中圖分類號：TN606?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）08-0044-01

引言：電子技術的快速發展，使得他在軍用和民用的多個領域有著廣泛的應用。隨之而來的集成化引起的熱流密度增大問題，散熱問題是當今的重要研究方向。為保證電子設備能在各種環境下穩定、可靠的工作，熱設計就十分重要。

本文基于計算流體力學（CFD）和6sigmaET軟件對某電子設備機箱進行了數值仿真分析，仿真與試驗結果的對比證明了理論計算和數值仿真結果的可信度，為優化和改善機箱的散熱方案提供了有效的數據。

1?機箱結構

為保證機箱正常、穩定的工作，機箱采用密閉結構形式，機箱外形尺寸為187mm×124mm×352mm（寬×高×深），內部插件采用模塊化設計，與機箱背板采用盲插形式。三個模塊的熱耗分別為60W、10w、10W，整個機箱的總體熱耗為80W。

各模塊通過鎖緊機構與機箱導軌槽緊密接觸，把熱量傳遞至機箱壁。機箱通過右側銑加工翅片的散熱器加大散熱面積，加大散熱面積。在機箱后部安裝具有防水功能的風扇對翅片進行強迫風冷散熱。

2?機箱傳熱類型

該機箱主要采用傳導和對流兩種方式。

熱傳導的基本定律就是傅里葉定律，其公式為：

式中，λ為導熱系數，單位為W/（m·K）;A為垂直于導熱方向的截面面積，單位為m2;tnn-為溫度梯度矢量，單位為K/m;Φ為熱流量，單位為W;q為熱流密度，單位為W/m2。

對流換熱主要基于牛頓冷卻公式計算。

式中，h為表面傳熱系數或對流換熱系數，單位為W/（m·K）;A為對流換熱面積，單位為m2;△t為固體壁面溫度tw與流體溫度tf之差的絕對值，△t大于零，保證熱流量Φ或熱流密度q取得正值，單位為K。

3?機箱熱設計仿真

利用專業熱仿真軟件6sigmaET進行熱分析，其主要流程是建立模型、設定邊界條件、仿真計算、后處理等。

3.1熱分析模型的建立。在模型導入前，為了便于劃分網格，提高計算效率，對原模型進行適量的簡化。

將簡化后的模型轉化為STL格式導入6SigmaET軟件中。導入后的模型如圖一所示。

3.2加載邊界條件。確認模型無誤后，定義機箱的計算域。設定環境溫度為20℃，迭代步數、松弛因子、重力等保持默認設置。

3.3后處理。查看整機的風速云圖，見圖2。圖中可見機箱靠近風扇及翅片中間部位風速較快。依據風速的快慢，調整芯片、模塊的位置。

查看整體機箱的整體溫度云圖，見圖3，圖中可見機箱右側板卡溫度為45.2℃，溫升為25.2℃。風口溫度為35.2℃，溫升為15.2℃。芯片正常工作的溫度范圍為-40℃-85℃，機箱工作后的溫升都在芯片工作合理范圍內。實際模塊溫升為18℃，仿真結果與實際機箱相應模塊溫升基本一致。

4?結語

從仿真結果可以看出，強迫風冷具有較強的散熱能力。同時，應用6sigmaET軟件對電子設備進行熱仿真分析可以直觀的了解電子設備的風速分布。依據風速的快慢來分配不同功率的模塊來控制整機溫升是快速有效的，從而有效縮短研發周期，提高設計效率。

參考文獻：

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作者簡介：陳妍妤（1990-），女，助理工程師，主要從事結構設計工作。