ICEPAK在某电子设备热设计中的应用 - 图文

谢 军 蒲小兵

西安电子工程研究所

【摘要】本文以某电子设备收发系统热控方案的设计为出发点，阐述了热控分析软件ICEPAK在电子设备热控制方面的具体应用，并介绍了一些应用经验。

【关键词】热控制 热分析 热仿真

1前言

电子设备中的各种元件的故障率 往往随着自身温度的升高而成指数关系变化，为了提高电子设备的可靠性，在进行电子设备结构设计时，必须采取有效的热控制措施，以降低各种元件尤其是大功耗器件的温度。

某电子设备机柜如图1、图2所示，箱体内划分为左右两部分。左边为频综模块和接收模块，右边为高压变换单元和高压油箱。前面横置TWT。底部开盖，前后有45°倒角。在底盖内装有控制盒和3种电源模块。该电子设备的设计难点：（1）空间狭小，分系统多。（2）局部单元热耗大，如高压油箱和TWT等，系统要求采用强迫风冷。

2分析说明

基于以上条件，我们采用热控分析软件ICEPAK来解决该项目的热设计问题。ICEPAK是以有限体积法为求解器的新一代热设计仿真软件。它可以模拟真实的温度场、压力场和流速场，帮助设计师确定合理优化的方案，提高产品质量、降低成本。特别在以流体流动为重点的设计中，更能发挥出有限体积法的优势和便捷。

计算机热辅助分析方框图如图3。

2.1建模

依据软件建模特征中的的一些特点，我们在底盖前后补全了倒角，使之从外观上近似于一个正六面体机柜，并增加了2个Vent特征，保证了底盖倒角处气流流向与流速不受影响。

该设计方案中许多建模特征都为45°斜置，包括Fan、Plate、Vent和Wall。由于有限体积法在边界方正及区域内部单一的情况下有较好的解算精度和易收敛性，所以Fan都用了矩形风机来取代圆形轴流风机。

在底盖中部，放置了一个薄的传导型Plate，穿过控制盒和电源模块1，将机柜中下部分成前后两大部分，形成了通风系统，控制低温度的进风首先流过高压油箱表面，然后经并联的风机带出机柜。图1中蓝红箭头表示风机流向。

另外，由TWT散热器的两端风机一进一出，也形成了独立的通风系统，专用于大热量高功耗的TWT散热。

2.2网格划分

尽量采用粗网格划分空间。首先，检查各模型网格是否划分到真实几何体上以及逼近模型轮廓的程度。其次，检查实体模型间流体间隙是否有足够的网格数。这一步较关键，因为小的间隙再加上快的流速，其势函数与流函数有较大的梯度变化，必须有足够的网格数才能保证此处的分析精度。

经过检查，发现电源模块2、电源模块3网格变形，而且TWT散热器翅片间网格数不足2个。所以对这几处局部加密，最终满足了要求。此时，网格节点数99.4万（nodes），单元数约96.7万（elements）。

2.3定义热边界条件

风机特性参数（可以输入曲线或选用数据库中的风机）、进出口类型及透空率，各电子模块材料特性、耗散功率、环境温度及压力等等。输入时，各参数单位可由软件自动匹配。

2.4解算