作者：北鯤

電子電器仿真工程師，五年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)。碩士主修CAE仿真專業(yè)，擅長振動(dòng)分析以及流體散熱分析，長期從事CAE軟件以及相關(guān)理論培訓(xùn)工作。

一、模型簡化

將不影響熱傳遞路徑的結(jié)構(gòu)特征做適當(dāng)簡化，如：小的倒角、孔、螺柱等。簡化后的模型如下圖。整體散熱路徑：點(diǎn)狀熱源通過熱傳導(dǎo)到大平面結(jié)構(gòu)，另一側(cè)在熱源密集地方增加散熱翅片，同時(shí)通過風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對流散熱

圖1模型簡化圖

二、網(wǎng)格劃分解析

1.風(fēng)扇兩側(cè)為流體變化快速的地方、網(wǎng)格應(yīng)進(jìn)行加密劃分；

2.散熱翅片兩側(cè)流體變化也較為迅速、需要進(jìn)行加密劃分；

3.散熱翅片本身翅片間至少三層網(wǎng)格、翅片本身保留兩層網(wǎng)格。

 圖2風(fēng)扇進(jìn)出口網(wǎng)格圖

三、風(fēng)扇以及求解設(shè)定

1.風(fēng)扇設(shè)定

風(fēng)扇作為標(biāo)準(zhǔn)件，可以德爾塔等工業(yè)風(fēng)扇網(wǎng)站進(jìn)行獲取，此外Icepak、Flotherm等商用軟件自帶各種庫文件。圖3為軸流風(fēng)扇設(shè)定，其中PQ曲線通過外部.csv進(jìn)行加載。注意單位轉(zhuǎn)換。

 圖三、軸流風(fēng)扇設(shè)定

2.求解設(shè)定

(1)湍流模型設(shè)定

依據(jù)雷諾數(shù)、貝克萊數(shù)進(jìn)行流態(tài)判定，一般軟件會(huì)給出，查看message信息。

(2)輻射模型設(shè)定

本項(xiàng)目選用自動(dòng)設(shè)定。

(3)環(huán)境溫度設(shè)定

如圖4所示，溫度設(shè)定為55℃，同時(shí)在boundary進(jìn)行設(shè)定。

(4)重力方向設(shè)定

按照實(shí)際進(jìn)行設(shè)定，本項(xiàng)目為Z向。

(5)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)定

檢測邊緣發(fā)熱點(diǎn)，以及風(fēng)扇風(fēng)量。

 

圖4求解以及監(jiān)測點(diǎn)設(shè)定

四、收斂分析

經(jīng)過迭代，殘差接近10，同時(shí)個(gè)監(jiān)測點(diǎn)溫度穩(wěn)定無波動(dòng)，認(rèn)為本次分析收斂。

圖5迭代、監(jiān)測點(diǎn)曲線

五、結(jié)果分析

1.溫度分析

整體溫度分布在65.4℃~82.2℃（如圖6），最高溫度位于如下圖紅色框區(qū)域內(nèi)，查看背面（如圖7）發(fā)現(xiàn)紅框?qū)?yīng)位置無散熱翅片，同時(shí)流體也未輻射到該范圍，造成溫度較高。

圖6整體溫度云圖圖7風(fēng)扇一側(cè)溫度云圖

2.流體分布分析

整體流跡線圖8所示，幾乎沒有渦流區(qū)域，最高峰風(fēng)速在7m/s左右，如圖八，紅框處風(fēng)速很低，造成對流系數(shù)很小，造成局部高溫。圖9為流跡線溫度云圖更能體現(xiàn)該問題。

圖8流跡線云圖

圖9流跡線溫度云圖

3.風(fēng)扇流量分析

通過讀取風(fēng)扇流量、以及靜壓、換熱量（如表1、圖10）發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇并未在合適的工作點(diǎn)，于是提取了風(fēng)扇安裝位置圖（如圖11），發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇出風(fēng)面離底部只有5.6mm,而風(fēng)扇厚度為25mm，這嚴(yán)重影響了風(fēng)扇的最大出風(fēng)量。

表1流跡線溫度云圖

圖10流跡線溫度云圖

圖11風(fēng)扇安裝位置圖

六、優(yōu)化建議

1、抬高風(fēng)扇位置，至少保證一個(gè)風(fēng)扇厚度的余量，使得風(fēng)扇增大，更好的去進(jìn)行對流換熱。

2、對高溫紅框處增加散熱翅片設(shè)計(jì)，增大換熱面積。

3、優(yōu)化風(fēng)扇周圍的流到，適當(dāng)增加繞流使得風(fēng)帶走更多的熱。

4、優(yōu)化進(jìn)風(fēng)口開孔率。

5、優(yōu)化出風(fēng)口位置。