摘要：采用風(fēng)冷環(huán)控方式的中小型電子設(shè)備，強(qiáng)迫風(fēng)冷是最常見的形式。本文以傳統(tǒng)強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱為例，從對模型的處理、邊界條件的設(shè)定到模擬計(jì)算的后處理，進(jìn)行整個(gè)計(jì)算的全流程示例，讓讀者對整個(gè)機(jī)箱計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)整體的了解。

1.三維模型的導(dǎo)入

熱設(shè)計(jì)的模型設(shè)計(jì)輸入一般的來源于結(jié)構(gòu)工程師，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型以及邊界條件，開展熱仿真計(jì)算。打開Ansys Workbench 平臺，建立Geometry 單元，打開Workbench 的模型處理模塊DM，后導(dǎo)入機(jī)箱模型，如下圖1所示。

讀取的模型文件對于icepak熱計(jì)算一般的不可以直接識別使用，通過DM模塊中的工具將CAD三維模型轉(zhuǎn)化為可供icepak識別的類型。Electronics工具提供了可供對CAD模型轉(zhuǎn)化為icepak可識別類型的方式，并可選擇性的在窗口中顯示。通過左側(cè)零件樹中各個(gè)零件的顯示狀態(tài)，同樣可判斷CAD三維模型的轉(zhuǎn)化情況。本例通過轉(zhuǎn)化工具，對三維模型中的發(fā)熱器件、PCB板、散熱器、機(jī)箱外殼等均進(jìn)行了轉(zhuǎn)化。

2.邊界條件的設(shè)定、畫網(wǎng)格

在Workbench界添加Icepak模塊，共享Geometry數(shù)據(jù)，打開Icepak后首先建立發(fā)熱器件的新材料，本例設(shè)定材料為固體材料且導(dǎo)熱系數(shù)為12W/mk；

同時(shí)，設(shè)定PCB板參數(shù)，PCB板的設(shè)定，Icepak提供了兩種參數(shù)輸入方式：第一種是僅設(shè)定三層參數(shù)（第一層、最底層、中間層），通過對三層的厚度、含銅率、材料等參數(shù)設(shè)定，獲得板子的切向及法向熱導(dǎo)率；第二種是詳細(xì)設(shè)定，對PCB板各個(gè)鋪層的厚度、含銅率、材料等參數(shù)設(shè)定，獲得板子的切向及法向熱導(dǎo)率，設(shè)定更加的準(zhǔn)確精細(xì)。如圖下圖所示。

器件熱耗輸入，通過對各個(gè)發(fā)熱器件的編輯，可獲得整個(gè)機(jī)箱發(fā)熱器件的熱量統(tǒng)計(jì)。

同時(shí)，使用外殼開口模擬強(qiáng)迫風(fēng)冷，設(shè)定進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速為1m/s。

對于本例較為簡易模型，使用軟件中的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（Hexa unstructure），并自動(dòng)生成（后續(xù)文章會更新Icepak網(wǎng)格劃分工具詳細(xì)教程）。獲得217874個(gè)網(wǎng)格單元。對于生成的網(wǎng)格質(zhì)量，Icepak有自身的質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)（面對齊率、扭曲比等），后續(xù)文章會對網(wǎng)格此檢測標(biāo)準(zhǔn)做詳細(xì)介紹。

3.計(jì)算求解與后處理

計(jì)算求解前設(shè)定求解環(huán)境。Basic parameters 基本參數(shù)設(shè)定面板，關(guān)閉輻射換熱（一般的機(jī)箱類電子產(chǎn)品無需考慮輻射換熱），設(shè)定環(huán)境溫度為20℃。Basic setting面板，可調(diào)整最大迭代步驟。

在求解過程中，我們通常會關(guān)注部分器件的溫度（或者是壓力、速度），拖動(dòng)器件到Point模型樹下，Icepak會自動(dòng)監(jiān)測器件的中心溫度，同時(shí)可手動(dòng)更改監(jiān)控點(diǎn)的坐標(biāo)、監(jiān)控參數(shù)等。

點(diǎn)擊求解器中的求解按鈕，待殘差曲線收斂，監(jiān)控點(diǎn)曲線穩(wěn)定后，計(jì)算完成后退出。

計(jì)算完成后，使用Plant cut 面板，可查看切面溫度云圖；使用體后處理命令可以顯示所有需要顯示溫度的器件。

圖示中，整個(gè)機(jī)箱最高溫度出現(xiàn)在靠近出風(fēng)口的發(fā)熱器件，75.82℃。

Icepak在后處理提供了統(tǒng)計(jì)面板功能（Summary report），后處理時(shí)可根據(jù)需求選擇器件，在統(tǒng)計(jì)面板中設(shè)定需要統(tǒng)計(jì)的變量，形成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)告表格。

4.總結(jié)

本例通過對簡易發(fā)熱機(jī)箱的設(shè)定、計(jì)算，獲得了在強(qiáng)迫風(fēng)冷下機(jī)箱內(nèi)部發(fā)熱器件的最高溫度，展現(xiàn)了Icepak熱仿真計(jì)算的整體流程，供學(xué)習(xí)參考。