來源：科學與技術    作者：于樂      
關鍵字：CFD  散熱模擬  Flotherm  機柜熱設計  

基于機柜內部的散熱模塊主要的CFD模擬仿真系統的散熱系統軟件Flotherm進行散熱，分析實驗表明Flotherm熱能耗散的軟件平臺的對比仿真實驗系統的更詳細的代碼，而且直覺地加以衡量，實驗室根據耗散模型的速度和正確的溫度場，建立耗散結構，進行最佳的跟蹤設計。

    隨著電子元件的熱密度增加，對散熱的需求增加，散熱的設計變得越來越困難和昂貴。由于各種功率元件的存在而散熱的系統，主板模塊的散熱的傳統設計是以實驗設計和驗證的經驗方法為基礎的，但是這些方法有很大的缺陷，有很大的循環設計耗時長，設計成本高。CFD熱分析軟件是Flotherm軟件的代表之一，主要根據控制計算。

一、概述

    標準設備名稱標準柜，是空間站住宅與實驗的一個重要模塊單元。它主要提供標準接口與有效載荷設備的能量源之間的機械、電氣和熱測試項目。有助于對操作、信息管理和控制站的環境溫度進行統一管理，并確保設備的良好操作和可靠性。標準柜大小的全球平面圖。空氣流動場和對流熱交換器的分析和設計是柜內強迫通風熱控制的關鍵研究之一，最常用的研究是氟氯化碳的數值模擬。其還涉及一種合理的輸出布局。在標準箱中，熱控制系統的主要設計研究包括確定進氣和空氣的結構，選擇一個合理的進氣溫度，電子牌照模塊化系統，其基礎是各種模擬電子元件，主要是多管、散熱器、風扇和空氣管道，其芯片卡和處理器的主要散熱能力：散熱模塊在模擬Dianzigui散熱器的散熱和冷卻模型之前，對Dianzigui散熱器的散熱模塊系統進行熱測試，重點放在實際操作溫度上。通過實際物理模型的三維建模和CFD散熱系統的建模來合理地確定。對臨界點溫度進行監測，并將其與試驗數據進行比較，核實模型的準確性。確定是否符合機柜設計要求，這可作為設計機柜熱控制系統的基礎。

二、實驗測試

    1、實驗方法。取測溫點：在常溫狀態運行主板模塊拷機程序，待半小時溫度穩定后，使用紅外線測溫儀對主板模塊各發熱點進行測溫，選取溫度略高的點作為測試點，具體測溫點見圖。

 

圖1 具體測溫點

    選定點與32通道溫度傳感器探針連接，并將樣品放置在試驗容器內，試驗容器的溫度固定在25個優點上，并在穩定容器溫度之前運行一小時。測試數據記錄在案，測試容器的溫度定為35個優點、45個優點和55個優點，以便記錄每個溫度點的測試數據。實驗結果顯示，根據溫度數據，芯片卡散熱器附近的溫度較高。模擬應側重于在芯片卡散熱器處的溫度監測。但中央單元的溫度是影響該系統在散熱系統中正常運行的重要因素之一，而且中央單元的散熱模擬也需要特別注意。

    2、建模過程：（1）主板3D建模。為了比較實際模型，當ProE 5.0軟件將實際模型模擬為3D并根據CFD模擬將柵格分割為CFD模擬時，必須對子部件的柵格進行精細。特別是亞組分.主板的主要散熱元件是CPU元件和指針卡，不能簡化.主板上方的大型元件影響散熱速度場、建模其它小型器件具有低散熱，對速度場影響小，忽略簡化或從3D模型中除去小器件。主要的ORME沒有對熱量產生影響，模型沒有被考慮在內，并從3D模型中刪除。

    （2）主板CFD散熱建模。將ProE 5.0中初選的單風道系統和雙風道系統結構模型導入Flotherm前置建模軟件FloMCAD進行散熱系統建模；在FloMCAD中將Proe5.0建立的單風道系統和雙風道系統結構模型進行轉換成Flotherm能識別處理的散熱系統模型，并進行網格劃分，轉換模型如圖。

 

圖2 轉換模型

    （3）仿真結果。核心散熱主板系統仿真分四次仿真，分別為環境溫度25益、35益、45益、55益時的仿真。核心散熱主板系統仿真在環境溫度25益時仿真結果速度分布圖和流動場，核心散熱主板系統仿真在不同環境溫度下時監視顯卡核心溫度和CPU核心溫度，實驗數據結果如表所示。

表1 實驗數據結果

 

根據試驗結果，模擬結果可以更容易地顯示主板各部分的速度和溫度的比分布。在CUP和顯卡核心溫度與實驗溫度的對比以及模擬結果與實驗結果數據比較可以看出，模擬結果更接近實驗結果，并且隨后的處理可以減少模擬錯誤。

    3、機柜熱控制系統設計。出入口壁櫥布局的變化主要影響壁櫥之間的氣流分布，從而影響壁櫥的通風和傳熱特性。為了研究進氣口并提供模擬結果，提供了進氣口和出氣口，在微重力下的空氣流量為6m3/天，以及在機艙通風的機架內傳熱的帶寬。對于標準機柜采用集中式通風傳熱系統強迫熱控制系統，可遵循以下步驟設計：駕駛室熱調節系統的設計使用了標準：(1)定義了橫向模式的輸入/輸出，但一經輸入/輸出位置；2)在管道和前面板之間保持一定的距離，使末端的抽屜被氣流掃過，(3)空氣80ram，8m3/rain、通風、空氣、溫度低于25℃。

    改變機柜進出口布置方式主要影響氣體的流場分布，進而影響到抽屜的通風換熱性能。為了研究機柜內進出風口布置方式的影響，模擬進出風口布置方式下，微重力6m3/rain進風流量，80mm通風條件下機柜內通風換熱情況。采取集中式強迫通風換熱方案的抽屜式標準機柜，其熱控制系統可采取如下的設計步驟：(1)根據風換熱和整體布局方案，結合不同進出風口布置方式換熱特性，確定機柜內風道氣流走向和進出口布置方案；(2)根據發熱情況、溫度設計要求和機柜壓降設計要求，確定合理的進風量、風道通風孔寬度和進風溫度等。按照機柜熱控系統的設計：(1)確定了側進下出的進出口布置方案，但對出風口位置進行了修改；(2)風道與前面板間保留一定的空隙，以便使兩端抽屜最外側能受到氣流的沖刷；(3)風道通風孔寬度取80ram，進風流量取8m3/rain，進風溫度低于25℃。

三、結語

    綜合實驗研究的散熱和模擬研究對散熱用CFD結果可以得出下列結論：模擬和實驗結果相比是相當接近，至于溫度分布和溫度的值，從而為分析和設計提供了基礎；溫度可以看出，主要熱點位于上方的顯卡芯片，而熱耗散的優化應該主要通過加強芯片的熱耗散的顯卡，可以進一步改進改善空氣管路布置；設計處理器的芯片的熱耗散結構相對合理，且如熱力管的正常運行，該處理器的芯片散熱良好的散熱，從而保持最初的設計為散熱良好的散熱性能。

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