散熱優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：寶怡 創(chuàng)建時(shí)間：2023-09-27
散熱優(yōu)化的視頻教程
基于icepack的電子元器件散熱仿真分析與優(yōu)化，視頻免費(fèi)無(wú)聲音，操作細(xì)致，提供附件（需購(gòu)買(mǎi)）練習(xí)。
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FLUENT adjoint伴隨優(yōu)化求解技術(shù)在空氣動(dòng)力學(xué)方面的應(yīng)用
適用人群：Fluent Adjoint Solver高效流體拓?fù)?em>優(yōu)化可用于各行業(yè)場(chǎng)景相關(guān)的流體優(yōu)化，如飛行器氣動(dòng)外形優(yōu)化、內(nèi)流管路設(shè)計(jì)優(yōu)化、旋轉(zhuǎn)設(shè)備效率設(shè)計(jì)優(yōu)化、散熱裝置散熱特效優(yōu)化等。歡迎相關(guān)人員來(lái)聽(tīng)課。
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Cadence Celsius Studio從芯片到系統(tǒng)熱仿真解決方案
針對(duì)當(dāng)前的熱設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，Celsius 還可以協(xié)助設(shè)計(jì)人員迅速識(shí)別熱風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)散熱設(shè)計(jì)優(yōu)化。 適用人群： 消費(fèi)電子、通訊電子、汽車(chē)電子等行業(yè)的熱設(shè)計(jì)工程師，結(jié)構(gòu)工程師，封裝及PCB設(shè)計(jì)與仿真工程師，高校教師及學(xué)生。
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散熱優(yōu)化的實(shí)例教程
優(yōu)化求解
每次優(yōu)化迭代求解完成后，icepak會(huì)列出該迭代步下的函數(shù)及變量對(duì)應(yīng)的值。
由上圖可看出Icepak進(jìn)行了四次計(jì)算，3和4這兩次迭代求解滿足了系統(tǒng)的溫度要求。由于第4次迭代對(duì)應(yīng)的散熱器質(zhì)量小于第3次迭代對(duì)應(yīng)的散熱器質(zhì)量，因此icepak給出的最優(yōu)解為第4次迭代對(duì)應(yīng)的散熱器參數(shù)（fin_h為7.3mm，fin_count為13）。
查看此時(shí)的溫度云圖，系統(tǒng)最高溫度為69.7℃，滿足低于70℃的要求。
6. 總結(jié)
本文通過(guò)Ansys Icepak的優(yōu)化功能對(duì)散熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得電子系統(tǒng)的溫度能處于規(guī)定的溫度范圍之內(nèi)，說(shuō)明電子產(chǎn)品在熱設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用Icepak的優(yōu)化功能可以方便有效地對(duì)散熱器的形狀、質(zhì)量、熱阻等進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
展開(kāi) 在Amulaire，我們利用Flomerics 公司的Flotherm計(jì)算流體動(dòng)力（CFD）軟件，對(duì)不同假設(shè)情況下的IGBT進(jìn)行散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)。我們選擇該軟件包的主要原因是它可以自動(dòng)優(yōu)化散熱器設(shè)計(jì)或其他任何方面的熱管理。以成本函數(shù)的形式，在關(guān)鍵參數(shù)變化范圍內(nèi)，用戶只需定義設(shè)計(jì)目標(biāo)。軟件自動(dòng)生成和運(yùn)行所需模擬量，以探究最佳成本效益下的整個(gè)設(shè)計(jì)空間。分別運(yùn)行所有的不同組合，然后Flotherm生成響應(yīng)界面，顯示設(shè)計(jì)目標(biāo)值。
圖3：優(yōu)化過(guò)程中散熱器熱阻值降低
優(yōu)化散熱器設(shè)計(jì)
流體分析和散熱器優(yōu)化，以界定IGBT散熱器風(fēng)扇組件的限度范圍。電力電子電路采用直接鍵合式銅技術(shù)，該技術(shù)利用帶有銅制散熱器的電子模塊。將模塊式散熱組件和使用熱油脂接口的散熱器通過(guò)螺栓連接在一起。鍛鋁（型號(hào)為6061-T6）制散熱器被用來(lái)優(yōu)化啟動(dòng)點(diǎn)。代表comair rotron模型mt12b3軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇曲線提供了通過(guò)導(dǎo)管式散熱器的強(qiáng)迫對(duì)流情況。該風(fēng)扇具有的最大氣流量達(dá)0.1415立方米每秒（cmps）(300cfm)，最大靜壓力達(dá)206帕斯卡（水下0.811英寸.）。循序優(yōu)化求解被用來(lái)優(yōu)化翅片數(shù)量，翅片厚度和基本軸向厚度。因?yàn)榉抡嬷袘?yīng)用到的風(fēng)扇曲線，流量，流速和壓力降受到這些設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。
圖4：優(yōu)化響應(yīng)界面，結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)使工程師能夠?qū)⑼暾幕?dòng)設(shè)計(jì)可視化。
從10個(gè)翅片開(kāi)始，一個(gè)翅片的厚度為0.4毫米，基本軸向厚度為4毫米，優(yōu)化過(guò)程中允許在正負(fù)30%范圍內(nèi)調(diào)整變量。如果優(yōu)化變量處于范圍內(nèi)最低或最高點(diǎn)，從以往優(yōu)化值開(kāi)始，另外運(yùn)行十次求解。如果優(yōu)化值沒(méi)有達(dá)到最小或最大值，則在正負(fù)10%范圍內(nèi)另外運(yùn)行十次求解。如果始于同一點(diǎn)進(jìn)行第二次運(yùn)行后，優(yōu)化值不變，則在正負(fù)5%范圍內(nèi)開(kāi)始運(yùn)行20次求解。如果優(yōu)化值還是不變，則認(rèn)為求解完成。
展開(kāi) 圖2 電子芯片散熱結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖
圖3 AIPOD優(yōu)化流程搭建示意圖，只需要簡(jiǎn)單的流程搭建即可開(kāi)始優(yōu)化
1.基于參數(shù)化建模方法，有助于AIPOD優(yōu)化方案的實(shí)時(shí)驗(yàn)證、評(píng)估和方案迭代，保證優(yōu)化方案的可行性；
2.基于AIPOD的自動(dòng)化優(yōu)化流程，可以有效減少用戶手動(dòng)操作的過(guò)程，基于優(yōu)化算法的自動(dòng)尋優(yōu)也有助于發(fā)現(xiàn)新的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；
3.基于AIPOD中集成的智能優(yōu)化算法，可以有效幫助電子芯片散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，快速得到更好的散熱結(jié)構(gòu)。
應(yīng)用價(jià)值
1.有效提高散熱系統(tǒng)的平均熱流密度，在相同工作環(huán)境下，平均熱流密度可以提高5%左右；
2.高效輔助電子芯片散熱器設(shè)計(jì)，減少迭代設(shè)計(jì)的時(shí)間和人力成本。在硬件條件允許的情況下，可以同時(shí)進(jìn)行多類(lèi)散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
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展開(kāi) 節(jié)選自陳繼良《從零開(kāi)始學(xué)散熱》
特別感謝作者和機(jī)械工業(yè)出版社授權(quán)
散熱器是電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)中最常用到的散熱強(qiáng)化部件。其強(qiáng)化原理是增加換熱面積。同熱設(shè)計(jì)所有部件的設(shè)計(jì)類(lèi)似，散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路也需要從熱量傳遞的三種基本方式出發(fā)。
1、熱傳導(dǎo)——優(yōu)化散熱器擴(kuò)散熱阻
當(dāng)電子元器件上方附加散熱器時(shí)，熱量從器件內(nèi)部傳遞到散熱器上，以及熱量在散熱器內(nèi)部的傳遞都屬于熱傳導(dǎo)。經(jīng)典傳熱學(xué)中熱傳導(dǎo)可以用傅里葉導(dǎo)熱公式描述：
式中，表示x
方向的傳熱速率，其單位是；T
表示溫度，A
是導(dǎo)熱方向截面積，k
是導(dǎo)熱系數(shù)。
從上式可以看出，導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱截面積是熱傳導(dǎo)中影響傳熱效率的兩個(gè)關(guān)鍵變量。
在常見(jiàn)的金屬中，鋁合金和銅合金的導(dǎo)熱效能和經(jīng)濟(jì)性綜合表現(xiàn)是比較好的。因此常見(jiàn)的散熱器材質(zhì)主要是鋁合金和銅合金。
表6-1 常見(jiàn)機(jī)加工材料在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)
提高導(dǎo)熱系數(shù)是為了降低擴(kuò)散熱阻。擴(kuò)散熱阻尤其在芯片熱流密度較高，或者翅片長(zhǎng)厚比較大時(shí)表現(xiàn)明顯。但材料的導(dǎo)熱系數(shù)提高是有限的，提高散熱器基板厚度、翅片厚度等從導(dǎo)熱截面面積出發(fā)的手段，又受到空間的限制。這樣，熱管和均溫板的使用，在某些熱流密度大的場(chǎng)景就非常有優(yōu)勢(shì)。
熱管和均溫板的具體選用和散熱強(qiáng)化原理會(huì)在第九章詳細(xì)闡述，簡(jiǎn)單來(lái)講，可以將其視為一種導(dǎo)熱系數(shù)極高的傳熱部件。在高熱流密度的場(chǎng)景中，通過(guò)在散熱器底部鑲嵌熱管或均溫板，可以有效降低擴(kuò)散熱阻，優(yōu)化散熱。
展開(kāi) 突破散熱極限，釋放GPU算力潛能
GPU散熱面臨的挑戰(zhàn)
在人工智能、高性能計(jì)算和圖形處理需求爆炸式增長(zhǎng)的時(shí)代，GPU服務(wù)器已成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的核心驅(qū)動(dòng)力。然而，隨著計(jì)算密度的持續(xù)攀升，散熱問(wèn)題正成為制約性能釋放的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)散熱解決方案在應(yīng)對(duì)新一代300W+ TDP的GPU時(shí)已顯得力不從心，導(dǎo)致：
? 芯片溫度頻繁觸及105℃臨界值，觸發(fā)降頻保護(hù)機(jī)制
? 冷卻系統(tǒng)噪音高達(dá)65分貝以上，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)中心工作環(huán)境
? 散熱能耗占總功耗比例超過(guò)15%，顯著增加運(yùn)營(yíng)成本
Flotherm智能溫控引擎簡(jiǎn)介
Flotherm智能溫控引擎是一款基于先進(jìn)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)，專(zhuān)為高性能計(jì)算環(huán)境開(kāi)發(fā)的散熱優(yōu)化解決方案。該軟件通過(guò)精確的數(shù)值模擬和智能算法，為GPU服務(wù)器提供全方位的熱管理優(yōu)化。
核心優(yōu)勢(shì)
1. 精確的熱場(chǎng)分析能力
Flotherm采用0.1mm級(jí)超高精度網(wǎng)格劃分技術(shù)，能夠精準(zhǔn)捕捉GPU芯片級(jí)的熱點(diǎn)分布。其獨(dú)有的k-ε湍流模型可精確預(yù)測(cè)氣流組織中的短路和回流現(xiàn)象，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。
2. 智能優(yōu)化算法
集成機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，F(xiàn)lotherm可自動(dòng)評(píng)估數(shù)十種散熱方案，智能推薦最優(yōu)的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)和風(fēng)扇配置。相比傳統(tǒng)試錯(cuò)方法，優(yōu)化效率提升10倍以上。
3. 全流程解決方案
從概念設(shè)計(jì)到生產(chǎn)驗(yàn)證，F(xiàn)lotherm提供完整的虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境，大幅縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，降低實(shí)物樣機(jī)成本達(dá)80%。
技術(shù)亮點(diǎn)
1. 多物理場(chǎng)耦合分析
Flotherm突破性地實(shí)現(xiàn)了熱-流-結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)的同步耦合計(jì)算，能夠準(zhǔn)確模擬真實(shí)工況下的復(fù)雜熱行為。
2. 云端協(xié)同平臺(tái)
支持團(tuán)隊(duì)協(xié)作和云端計(jì)算，使分布在不同地域的工程師可以實(shí)時(shí)共享分析結(jié)果，加速?zèng)Q策過(guò)程。
3.
展開(kāi) 
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散熱優(yōu)化的最新內(nèi)容
通過(guò)前期快速探索與后期深入驗(yàn)證的結(jié)合，工程師能夠更高效地定位熱瓶頸、優(yōu)化散熱路徑，并提升設(shè)計(jì)決策效率?；顒?dòng)將幫助參會(huì)者深入了解如何借助 Discovery + Icepak 構(gòu)建更順暢的電子熱管理仿真流程，加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)落地。
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基于 Ansys Maxwell、Mechanical、Fluent、Icepak 等核心工具，講解電力設(shè)備全流程仿真解決方案，覆蓋關(guān)鍵場(chǎng)景：電磁仿真-開(kāi)關(guān)產(chǎn)品 / 變壓器電磁場(chǎng)分析、繞組渦流損耗與磁路優(yōu)化、絕緣電場(chǎng)分布與耐壓校核；結(jié)構(gòu)仿真-設(shè)備殼體與鐵芯強(qiáng)度校核、振動(dòng)模態(tài)與諧響應(yīng)分析、長(zhǎng)期運(yùn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)；流體與熱仿真-變壓器油流散熱優(yōu)化、流場(chǎng) - 溫度場(chǎng)耦合分析；2.
同期舉辦 2026 中國(guó)液冷算力產(chǎn)業(yè)峰會(huì)及 20 + 場(chǎng)專(zhuān)題論壇，邀請(qǐng) 50 + 行業(yè)權(quán)威專(zhuān)家、龍頭企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人，圍繞液冷規(guī)?；渴?、AI 服務(wù)器散熱優(yōu)化、液冷標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、能效提升與低碳運(yùn)維等熱點(diǎn)議題，分享前沿技術(shù)與最佳實(shí)踐，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研用深度交流平臺(tái)。
展會(huì)規(guī)?？涨埃褂[面積達(dá) 20000㎡，匯聚 200 + 國(guó)內(nèi)外頂尖企業(yè)，涵蓋液冷系統(tǒng)、核心設(shè)備、關(guān)鍵零部件及解決方案提供商。
專(zhuān)門(mén)用于驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)開(kāi)關(guān)器件（如MOSFET或IGBT）的LED照明驅(qū)動(dòng)IC-WD10-31111個(gè)月前
3111的產(chǎn)品特性：
輸出能力：較大150mA恒流驅(qū)動(dòng)
外圍精簡(jiǎn)：無(wú)需電解電容、電感，降低BOM成本
寬耐壓范圍：VIN引腳支持-0.3V至+700V電壓
電能質(zhì)量：高功率因數(shù)、低總諧波失真（THD）
調(diào)光兼容：支持TRIAC調(diào)光
靈活拓?fù)溥m配：支持串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)LED布局
保護(hù)機(jī)制：內(nèi)置過(guò)熱保護(hù)，溫度超160°C時(shí)自動(dòng)降流
封裝形式：SOT-89-3L，適配金屬基板以優(yōu)化散熱
實(shí)時(shí)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新｜Ansys Discovery 直播專(zhuān)題即將開(kāi)啟（共5場(chǎng)）1個(gè)月前
通過(guò)前期快速探索與后期深入驗(yàn)證的結(jié)合，工程師能夠更高效地定位熱瓶頸、優(yōu)化散熱路徑，并提升設(shè)計(jì)決策效率?；顒?dòng)將幫助參會(huì)者深入了解如何借助 Discovery + Icepak 構(gòu)建更順暢的電子熱管理仿真流程，加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)落地。
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ANSYS的熱分析模塊如何選擇使用，太多了，不知道怎么選4個(gè)月前
以上來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)總結(jié)，個(gè)人總結(jié)起來(lái)就一句話：
優(yōu)化對(duì)流散熱用CFD，優(yōu)化熱傳導(dǎo)用ANSYS Mechanical
一期一會(huì) | 什么是電子產(chǎn)品熱管理？4個(gè)月前
一旦通過(guò)仿真或測(cè)試完成組件及裝配體設(shè)計(jì)表征，就可以在系統(tǒng)層面將其表示為降階模型（ROM），并且可以在Ansys ModelCenter?軟件等工具中探索和優(yōu)化整個(gè)散熱系統(tǒng)。工程師隨后可進(jìn)行權(quán)衡研究，為多種使用案例確定最佳熱管理方法。
作品名稱：氣液兩相流仿真技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)踐
作者： 葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設(shè)計(jì)高級(jí)系統(tǒng)工程師
關(guān)鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設(shè)計(jì)優(yōu)化
作者說(shuō)
Ansys Fluent提供多種多相流模型，如VOF模型、混合物模型、歐拉模型等，可用于模擬氣液兩相流蒸發(fā)冷凝相變現(xiàn)象。
二、關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景的價(jià)值釋放
FLOEFD的技術(shù)特性使其在多行業(yè)形成差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，核心場(chǎng)景的實(shí)踐成果印證了其工程價(jià)值：
? 電子散熱領(lǐng)域：在超薄本與AI工作站設(shè)計(jì)中，通過(guò)動(dòng)態(tài)功耗映射與均熱板-石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)仿真，可將CPU/GPU結(jié)溫預(yù)測(cè)精度提升至±1.5℃，幫助企業(yè)在1.5mm極限厚度下實(shí)現(xiàn)散熱效率優(yōu)化，避免性能降頻風(fēng)險(xiǎn)。
