電子與通信工程的案例
戶外通信機柜電子散熱仿真
背景
戶外通信機柜廣泛應用于電力和通訊系統，其內部裝有工作模組、蓄電池等設備。由于機柜直接暴露于自然環境中受太陽輻射，加之機柜內部各元件工作產生熱量，容易造成柜內溫度過高，影響系統的可靠性。因此，熱設計是戶外通信機柜設計的重要環節。
數值仿真技術為復雜電子設備的散熱性能評估提供了全新的手段，可有效加速產品設計進程、降低成本。本案例使用具有自主知識產權的電子散熱軟件Simetherm對某戶外通信機柜進行熱仿真與優化設計。
仿真目標
戶外通信機柜在熱設計時須同時考慮兩點：一是內部器件的發熱量是否可以通過合理的路徑散出；二是機柜是否有良好的隔熱性能，在受太陽輻射與周圍高溫環境影響時避免過多的熱量導入。
本案例通過Simetherm建模仿真獲取機柜內部的流場及溫度分布，考察關鍵組件的溫升是否符合設計要求（注：風扇入口處溫度不超過65℃）；同時，針對以上兩點考量對機柜結構設計進行優化后，通過仿真評估結構改變對結果的影響。
仿真模型建立
Simetherm提供了立方體、機箱、PCB板、流動阻尼、體積熱源、風扇等智能建模宏（Flex Part），支持搭積木式的快速建模，并對模型中的組件賦值材料、熱屬性等信息。本案例采用以下幾種方案對戶外通信機柜進行建模：
方案1（基線）：原結構，包含外殼、柜門、柜頂以及內部的電池、支架隔板、風扇和工作模組。各部件的材料、發熱量等屬性列于下表：
注：由于工作模組包含多塊擋板、PCB板及之上的電阻、電容、電感等元件，如果將這些部件全部詳細建模求解將耗費較長時間，因此參考文獻[1]中的處理方式，只保留擋板和PCB板的幾何構體，而將PCB板上其他元件的產熱量用體熱源來替代、對流動的影響用流動阻尼來替代。
模型結構如下圖所示：
方案2：在方案1的基礎上增加換熱器。
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