1 案例背景

電子機箱是承載電子設備的箱體，比如電腦主機。機箱內電子元件工作會發熱，為了讓熱量及時排出，常用風扇強迫外界空氣流經機箱，進行散熱。本仿真目的是計算電子元件發熱功率及進風量一定時，機箱內的溫度分布情況，進而輔助機箱的熱設計。 

本案例需要的輸入文件和參數信息如下表：

網格文件	Chassis.msh
物理模型	不可壓
湍流模型	SST k-omega
邊界條件	風速：2m/s 功率熱源8個，共計31.5W

 

圖1  網格模型

2 網格處理

2.1新建工程

a. 啟動AICFD 2024R1；

圖2  AICFD窗口

b. 選擇 文件> 新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。

圖3  新建工程

2.2網格導入

a. 單擊菜單欄 網格> 導入網格 ，這個模型包括機箱外殼、里面的空氣，以及內部器件。

圖4  網格導入

b. 空氣從2個圓形入口以2m/s流入，從另一側的三列長方形出口流出。

圖5  空氣流動方向

3 求解設置

3.1求解模型

a. 雙擊 求解> 求解模型，設置湍流模型。時間選穩態，流動選不可壓。方法選湍流，熱效應處勾選能量。

圖6  模型設置

b. 右擊 材料> 添加材料，本案例涉及的材料有4種，包括軟件內置的：鋁和空氣；另外2種電路板和芯片需要額外添加。右鍵，添加材料，名稱電路板，類型選固體，在材料特性中依次輸入密度1600，比熱容150，導熱系數30，確定。

圖7  材料選擇

c. 同樣步驟添加芯片，密度2400，比熱容100，導熱系數15，點擊確定。在實際工程計算中，需要根據自己的材料參數輸入對應數據。

圖8  材料選擇

3.2 計算域設置

a. 這個模型有外殼、空氣、以及里面各種發熱功率不同的器件，每部分都是一個計算域，我們逐一設置。首先雙擊AGP-MOLD計算域，類型選固體域，材料選芯片，下一步保持默認，確定。

圖9  分配計算域

b. 第二個材料是鋁；第三個流體域，材料是空氣；

圖10  分配計算域

c. 設置邊界條件Inlet和Outlet。流體域的進口，空氣速度設為2m/s，溫度設為293K；出口保持靜壓出口不變，確定。

圖11  Inlet定義

圖12  Outlet定義

d. 下一個域board是電路板，類型選固體域，材料選電路板；下一個RIDGE_MOLD是芯片；下面外殼是鋁，外殼的外壁面，保持默認的絕熱設置。

圖13  分配計算域

e. 最后6個域全部是芯片，設置1個后，其余5個可以直接復制粘貼。

圖14  分配計算域

3.3求解參數設置

a. 交界面是軟件自動識別的，不需要處理。

圖15 交界面設置

b. 在熱模型處給剛剛設置的8個芯片的域添加發熱功率，它們功率不同，都是現成的客觀數據，我們逐一輸入軟件中。右鍵插入對象，熱源，類型選域，熱源位置，第一個AGPmold，功率是20w。接著插入，bridgemold功率是5，DDR1到4，功率都是1w，largeflash是2w，smallflash是0.5w。

圖16  熱源設置

c. 求解設置保持默認；

圖17  求解參數設置

f. 雙擊 求解> 求解控制 ，最大迭代步數增加到5000步，同時將松弛因子適當調小；

圖18  求解控制設置

g. 計算開始之前，可以設置個監控值，比如某個發熱元件的最高溫度。通過監控值是否穩定，來輔助判斷計算是否收斂。在報告表處右鍵，選擇體積分報告中的最大溫度，選擇其中某一個發熱體，應用。

圖19  監控設置

4 初始化及求解計算

4.1 求解計算

選擇菜單欄 求解> 求解> 直接求解> 并行4核，開始計算。

圖20  運行求解器

圖21  選擇求解模式

5 后處理

5.1監控曲線

查看殘差曲線

圖22  殘差曲線

5.2數據讀取

查看所有元件的最高溫度和平均溫度，判斷是否發生了過熱的情況。在報告的體積積分處雙擊，報告類型選擇最大，變量選擇溫度，依次雙擊選擇各個發熱元件，應用，就輸出了最高溫度。同樣，將報告類型改為平均，就能查看平均溫度。

圖23  流量報告

圖24  流量報告

 

5.3 可視化結果

仿真通常還會關注溫度場分布。點擊后處理處的云圖，對象選擇除機箱外殼之外的其余固體，變量選溫度，應用，就可看到溫度分布情況。設計人員根據此結果，就可對機箱整體的發熱和散熱情況進行評估并進行優化設計。

圖25  溫度云圖