作者白堤，公眾號工程師轉型圈的主編

一、問題描述

如下，一個電子機箱，機箱外殼四周四個面封閉，一側有風扇開口，另一側為出風口，主要結構包含軸流風扇、變壓器、CPU、IC芯片、電容、TO芯片等，以上電子元器件固定在PCB板上，PCB再固定在機箱外殼上。此問題涉及到風扇的簡化、風扇的定義、開口板的簡化、各向異性PCB定義、芯片材料定義等。

二、建立模型

1、模型準備

打開STP模型，已經把螺釘、非發熱元器件等不必要的零部件刪除。去除詳細風扇模型，在風扇位置處創建封閉端蓋，以便后面定義風扇。為了減少網格，針對開口板進行簡化，把開口板上的孔拉伸去除，以便后面定義打孔板。PCB使用軟件的印刷電路板功能簡化。 

2、檢查模型

針對準備好的模型，使用【檢查模型】進行檢查，顯示狀態成功，模型正常。

3、創建項目

項目名稱	項目名稱0707，其他保持默認
單位系統	選擇SI，并更改溫度單位為℃
分系類型	外部，排除不具備流動條件的腔；選中固體內傳導；選中輻射，并更改環境溫度25℃；選中重力，把Y方向分量設置為-9.81，X和Z方向分量為0。
默認流體	空氣，其他保持默認
默認固體	選擇合金里的不銹鋼302
默認壁面	選擇白體壁面，其他保持默認
初始條件	熱動力參數里溫度改為25℃，固體參數里初始固體溫度改為25℃

4、調整計算域

除了風扇出風口流出1倍機箱寬度外，其他五各方向都按照對應方向上0.5倍機箱寬度。 

5、定義固體材料

對模型中各個零部件進行材料賦予：

零件	材料
組成TO芯片零部件die、pin、case、hs	硅、銅、新建材料0.2w/mk、鋁沖壓1060
IC芯片	新建材料10w/mk
電容	新建材料12w/mk
CPU	新建材料10w/mk
CPU散熱器	鋁擠6061
變壓器	銅、鐵
機箱外殼	鐵

6、定義邊界條件

開口板直接與大氣連接，設置其邊界條件為環境壓力。 

7、定義風扇

選擇封閉端蓋的內表面指定為外部出口風扇，由于該風扇工程庫里沒有，需要根據如下的PQ曲線的創建一個新的風扇。首先在項目屬性頁中，定義風扇的類型、直徑、轉速等信息，然后在表和數據頁定義PQ曲線。

m3/s	Pa
0	37.30103
5.73E-05	37.17001
0.000189	37.03924
0.000263	36.77746
0.000333	36.31939
0.000386	35.73032
0.000443	34.81419
0.000534	33.30899
0.000866	26.56883
0.001046	23.29674
0.001202	20.81
0.001288	19.76296
0.001375	18.91225
0.00149	18.06151
0.001736	16.29462
0.001921	14.78949
0.002003	13.80789
0.002085	12.49908
0.002171	10.86309
0.002241	9.161635
0.002298	7.787399
0.002376	5.824185
0.002466	3.33745
0.002597	0

8、定義熱源

零件	熱功耗（W）
Die1-6	9
IC1-4	4.8
Cap1-3	4.5
CPU	12
COIL0-2	5
COIL	5

9、定義輻射表面

針對各零部件設置輻射系數：

零件	輻射系數
PCB	0.7
散熱器	0.8
所有元器件	0.7
機箱外殼	0.8

10、定義接觸熱阻

由于CPU與散熱器表面不平整，需要增加導熱硅脂來填充縫隙。定義CPU與散熱器接觸的面定義接觸熱阻。 

11、定義目標

由于CPU的溫度和變壓器的溫度是散熱設計的關鍵，所以把其設置為目標，且用于控制目標收斂。 

12、定義網格

先設置全局網格，采用自動網格劃分，細化等級為4，再針對所有的電子元器件和PCB進行局部網格劃分。 

三、求解計算

在正式求解之前，首先劃分網格，根據網格的結果再調考慮局部網格劃分設置是否合理。網格劃分判斷沒問題后，再進行求解。 

四、仿真結果

1、切面云圖

CPU的溫度85℃

變壓器的溫度為79℃

2、表面云圖

3、流動跡線 

五、小結

通過以上一個典型的風冷機箱案例，展示被動散熱仿真模型的建立過程。得到了的CPU的溫度以及變壓器的溫度，但總體溫度還是偏高，還有很大的優化空間，比如，增加CPU散熱器底板厚度、筋的高度甚至可以嵌銅，變壓器的方向轉動90°，調整電容的位置等。

文章作者：白堤，碩士，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號 工程師轉型圈 拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。