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熱仿真幫助航空器電子設備在50,000英尺的高空實現散熱

Hybricon Inc.的高級工程師Michael Palis接受了來自一個國防部門的客戶的挑戰，該客戶要求其幫助他們對一個功率散耗約200瓦的ATR機箱進行散熱，使該設備能夠在50,000英尺的高空運行。Palis使用熱仿真評估了一系列的設計方案，重點關注散熱片的設計和風扇在高空中的性能。仿真幫助確定了幾種可以達到客戶的苛刻要求的備選設計方案。基于Palis的推薦，國防客戶建立了系統，性能幾乎與仿真預測結果完全一致。

幾十年前ATR系統的功率散耗通常為50至60瓦，而今則高達200瓦，這極大的增加了熱管理挑戰的難度。這樣的難度系數在高空條件下更大。50,000英尺高空的空氣密度僅相當于海平面空氣密度的1/8，意味著如果在這樣的高空對設備散熱，要達到與海平面條件下同樣的散熱效果，就必須將空氣的體積流量乘以系數8。

“我們采用了各種方法來應對這些挑戰，包括手算和流體仿真建模。不過到目前為止最有效的還是Flotherm，就是我們的熱仿真工具。”Hybricon Inc.的高級仿真工程師Michael Palis 說，“Flotherm為我們設計的全過程提供了詳盡的壓力、溫度及氣流的圖形信息分析，使我們能深切的知道該如何改進設計。”

Palis利用Flotherm的參數化設計功能幫助優化散熱片設計。他通過設定軟件來變換風扇的數量和厚度。隨后Flotherm軟件在設定的變化范圍內自動進行優化設計，全面仿真機箱內的流體速度和溫度。結果表明當風扇數量為21個時設計達到最優化。

仿真結果顯示優化的散熱片設計能夠符合35,000英尺高空的溫度要求，但達不到50,000英尺高空的要求。Palis將這一結果告訴客戶。客戶表示35,000英尺的運行高度可以達到初步展示樣機的要求，但是還需要開發出能在50,000英尺高空運行的量產型號方案。為了評估使用更高性能的風扇裝置的影響，Palis隨即進行了進一步的仿真。仿真表明這種高性能的風扇可以達到客戶的50,000英尺的運行要求。

“在此次應用中，通過優化散熱片設計-利用高空條件下從機箱中抽出的有限體積的空氣進行完全的散熱，我們達到了客戶苛刻的高空散熱要求。”Palis總結說，“并且我們能夠解答假設性問題，這就使客戶能針對其產品當前的展示樣機和未來的量產型號制定出相應的熱管理戰略。”