通讯电子产品散热仿真实例详解

台式电脑机箱散热方案仿真研究前言台式电脑在向高功耗、高性能的方向发展的同时，也在不断追求更好的用户体验和设备元件的高可靠性，这离不开对机箱系统良好的散热设计，良好的机箱系统散热设计不仅要满足主板元器件保持在许用的温度规格下，也要尽可能降低机箱表面的温度以及噪音水平。

本文以一款台式电脑机箱为例，采用不同的散热器方案，对其满负载条件下进行了系统的散热仿真，以求得到更优的散热方案，为台式电脑系统的散热设计提供一定的指导。

1 模型介绍机箱模型尺寸为13L，配置了CPU、显卡、内存条、3.5寸HDD以及TFX 310W供电电源，机箱开孔率为43%，开孔状况机箱模型如图1所示图1 机箱开孔情况及模型台式机系统的主要热功耗分配按表1所示表1 仿真部件热功耗分配对于系统散热来说，重点需要关注的包括主板VR部件温度、CPU结温、机箱壳温、系统出风口的温度，在以下3中散热方案中，我们着重对这些部件温度进行比较，以此找到较为合理的散热方案。

方案1采用9225 CPU 离心风扇散热器+8025 后置系统风扇；方案2采用8025 CPU 轴流风扇散热器+8025后置系统风扇，其中CPU 风扇的气流方向吹向主板；方案3与方案2散热器及配置的风扇一样，只是CPU 风扇的气流方向吹向机箱侧板，图2示出了3中散热方案的细节。

图2 整机系统散热方案对比仿真的工况为25℃环境温度，在常压下进行。

机箱系统的风扇转速设定在3种散热方案下是一致的，其中前置系统风扇转速设定为2000rpm，CPU风扇和后置系统风扇转速设定为2500rpm，风扇PQ曲线见图3，可以看到，轴流风扇和离心风扇在PQ性能上差异十分明显，轴流风扇具有风量大、风压小的特点，而离心风扇与此相反。

图3 散热风扇PQ曲线2 仿真分析对比3种仿真方案的机箱温度分布，可以看到在机箱表面的壳温表现上，采用方案1的离心风扇散热器效果最佳，上顶壳表面温度最高39.2℃，因为离心风扇散热器的导风结构，对风扇气流有定向的导流作用，避免了机箱内部乱流的产生；方案3和方案2相比，8025轴流风扇反向安装也能带来壳温的改善，原因在于利用了CPU 风扇和后置系统安装位置的差异，CPU 风扇流出的热空气能被后置系统风扇以较小的阻力带走，而方案2因为其向主板四周下吹的方式，内部流场较为紊乱，后置系统风扇要带走其热量，阻力相对要大。

基于FLOEFD的电子设备机箱的热仿真分析摘要:随着电子设备的集成度逐渐提高，电子产品的热流密度也越来越大，散热问题是目前电子设备结构设计中首要要考虑的问题。

本文以某电子产品机箱为例子，介绍了基于FLOEFD软件对其进行热分析的仿真过程，并且简要介绍了仿真过程中的一些经验应用，对于工程中使用该软件进行机箱热性能分析具有一定的参考意义。

关键词电子设备热分析FLOEFD0、前言电子设备机箱被广泛应用于国防和民用的各个领域。

随着电子技术的飞速发展，机箱的热流密度越来越大，这对机箱的热设计提出更高的要求，机箱内各模块的电子元器件一旦温度过高便无法可靠地工作。

据研究表明，电子设备失效的原因有55％是由温度引起的[1]，过热损坏是电子设备失效的主要形式。

根据阿伦纽斯模型显示，器件温度每升高10℃，其失效率就会增加一倍[2]。

因此在机箱的结构设计阶段就需要考虑机箱的热设计。

目前设计师在产品设计阶段主要运用热仿真软件对产品的热特性进行分析，以规避产品未来可能遇到的散热问题。

目前主流的热仿真软件FLOEFD, Flotherm, ICEPAK在工程热分析中有广泛的应用。

本文以FLOEFD为仿真软件，分析了某电子设备机箱的热仿真过程和结果,验证器件在给定的环境和热负荷条件下是否能正常工作，对于不能正常工作的器件，提出改进措施。

1、机箱的结构布局机箱主要由上板、底板、左右侧板、前后盖板及6个插件组成，如图1 所示。

图1 机箱结构布局机箱的热设计以星体结构热传导为主，通过机箱安装面传导散热，以空间环境热辐射为辅，通过机箱外表面辐射散热。

插件按排列顺序和母板的划分，垂直插入各自的导轨槽内，然后采用锁紧装置锁紧。

插件内的印制板嵌入铝散热盒，尺寸略小于散热盒尺寸。

同时选择热导率高、有利于导热的多层板设计且在大功耗元器件与散热面之间填充了导热填料。

机箱热分布情况如表1 ：表1 机箱热分布情况表2、热仿真模型与仿真方法分机工作的最高环境温度：45℃、真空，热沉温度45℃，在图1中的下底面。

基于Icepak的某电子机箱大功率模块散热分析与优化电子机箱大功率模块散热分析与优化是电子产品设计中非常重要的一环，它直接影响到电子产品的稳定性和性能。

而在这一过程中，Icepak是广泛应用的一种散热分析软件，它可以有效地模拟和优化电子产品的散热性能。

本文将以某电子机箱大功率模块为例，介绍基于Icepak的散热分析与优化过程。

一、问题描述某电子机箱大功率模块在工作过程中会产生大量的热量，如果散热不好，就会导致温度过高，从而影响到电子产品的稳定性和寿命。

需要对该模块的散热性能进行分析和优化。

二、Icepak的使用Icepak是由美国Ansys公司开发的一种专业的散热分析软件，它基于有限元分析理论，可以对复杂的散热系统进行精确的模拟和优化。

在使用Icepak对某电子机箱大功率模块进行散热分析时，首先需要建立模块的三维模型，然后设置散热模拟参数，并进行计算和优化。

三、模块建模建立模块的三维模型是散热分析的第一步，通过CAD软件可以将模块的结构和材料信息导入到Icepak中，然后对模块的内部结构进行网格划分，以便进行热传导和流体流动的模拟。

四、散热模拟参数设置在进行散热模拟时，需要设置不同的散热模拟参数，包括环境温度、散热介质的传热系数、风扇转速等。

这些参数会直接影响到散热性能的模拟结果，因此需要根据实际情况进行合理的设置。

五、热传导和流体流动模拟通过Icepak可以对模块的热传导和流体流动进行精确的模拟，从而得到模块在不同工作条件下的温度分布和流体流动情况。

通过对这些数据的分析，可以找出模块散热不良的部分，并进行优化。

六、优化方案通过对模块的散热性能进行分析，可以得出一些优化方案，比如增加散热片的数量和面积、改变风扇的位置和尺寸、改进散热介质的传热性能等。

通过Icepak软件可以对这些优化方案进行模拟和评估，从而选择出最合适的优化方案。

七、模拟结果验证在进行了一系列的模拟和优化后，需要对模拟结果进行验证，可以通过对实际模块进行散热测试，然后将测试结果与模拟结果进行对比。

电子设备机箱散热仿真分析作者：***来源：《数码设计》2020年第08期摘要：通过对电子设备加固机箱的主要热源分析，从基本原理出发，对 PCB 板、元器件、导热板和机箱外壳等方面提出具体的热设计思想及实施方法，并使用6sigmaET软件对系统热设计进行了优化仿真。

仿真和试验结果表明，热设计方案结构合理，能较好地满足电子设备机箱的散热要求，能够准确可靠地运行。

关键词：电子设备;热分析;6sigmaET中图分类号：TN606;文献标识码：A;文章编号：1672-9129（2020）08-0044-01引言：电子技术的快速发展，使得他在军用和民用的多个领域有着广泛的应用。

随之而来的集成化引起的热流密度增大问题，散热问题是当今的重要研究方向。

为保证电子设备能在各种环境下稳定、可靠的工作，热设计就十分重要。

本文基于计算流体力学（CFD）和6sigmaET软件对某电子设备机箱进行了数值仿真分析，仿真与试验结果的对比证明了理论计算和数值仿真结果的可信度，为优化和改善机箱的散热方案提供了有效的数据。

1;机箱结构为保证机箱正常、稳定的工作，机箱采用密闭结构形式，機箱外形尺寸为187mm×124mm×352mm（宽×高×深），内部插件采用模块化设计，与机箱背板采用盲插形式。

三个模块的热耗分别为60W、10w、10W，整个机箱的总体热耗为80W。

各模块通过锁紧机构与机箱导轨槽紧密接触，把热量传递至机箱壁。

机箱通过右侧铣加工翅片的散热器加大散热面积，加大散热面积。

在机箱后部安装具有防水功能的风扇对翅片进行强迫风冷散热。

2;机箱传热类型该机箱主要采用传导和对流两种方式。

热传导的基本定律就是傅里叶定律，其公式为：式中，λ为导热系数，单位为W/（m·K）;A为垂直于导热方向的截面面积，单位为m2;tnn-为温度梯度矢量，单位为K/m;Φ为热流量，单位为W;q为热流密度，单位为W/m2。

电机热仿真案例今天来给你唠唠电机热仿真这个事儿。

就好比我们要给电机做个体检，看看它在工作的时候会不会发烧啥的。

先来说说我们这个电机的情况吧。

这是一个工业生产线上常用的电机，功率还不小呢，就像一个大力士，天天都在那儿拼命干活。

那为啥要做热仿真呢？你想啊，电机工作的时候就像人在跑步，跑久了身体就会发热。

电机要是太热了，就会出问题，可能就会像人中暑一样，突然罢工，那生产线可就麻烦大了。

我们开始做热仿真的时候，首先得建立电机的模型。

这就像是给电机画个像，把电机的每一个部件，什么定子、转子、线圈啊，都画得清清楚楚的。

这就像搭积木一样，一块一块地把电机在电脑里搭起来。

不过这可不像搭真正的积木那么简单，每个部件的尺寸、材料特性都得考虑进去。

比如说，定子的材质是铁，它导热的速度就和线圈那种铜材质不一样，就像铁和铜在传递热量的时候有自己的个性一样。

然后呢，我们要设定电机的工作条件。

这电机在生产线里可不是悠闲地晃悠，它有一定的转速，还有负载呢。

这就好比你让一个人跑步，你得告诉他跑多快，还要给他背上多重的包一样。

我们得把电机的转速、负载这些条件都告诉电脑，这样电脑才能模拟出电机真实的工作状态。

好了，模型建好了，工作条件也设定了。

现在就开始让电脑模拟电机工作发热的过程啦。

电脑就像一个超级大脑，它根据我们给的信息开始计算电机每个部位的温度变化。

就像有无数个小温度计在电机的各个角落测量温度一样。

过了一会儿，结果出来了。

哇塞，我们发现电机的线圈部分温度升得特别快。

这就好比电机的心脏（线圈就像电机的心脏一样重要）在快速发热呢。

为什么会这样呢？原来啊，我们发现是因为电机在这种高负载的情况下，线圈里的电流很大，电流就像调皮的小精灵，在里面跑来跑去的时候就会产生很多热量。

而且呢，线圈周围的散热条件不是很好，就像把一个小火炉放在一个小角落里，热量散不出去。

那怎么办呢？这就像医生给病人开药方一样，我们得想办法给电机降温。

我们提出了几个方案。

基于Icepak的某电子机箱大功率模块散热分析与优化1. 引言1.1 研究背景电子产品的发展已经成为了现代社会中不可或缺的一部分，而随着电子产品功率不断增大和集成度不断提升，对于散热性能的要求也越来越高。

在电子机箱大功率模块中，散热问题一直是制约产品性能和寿命的重要因素。

对电子机箱大功率模块的散热进行深入研究和优化是非常必要的。

目前，随着计算机辅助工程（CAE）技术的不断发展，仿真分析成为了研究电子机箱大功率模块散热的重要手段。

在这一背景下，使用基于Icepak的仿真软件来进行散热分析和优化已经成为了一个热门的研究方向。

Icepak是由美国ANSYS公司开发的专业散热仿真软件，具有高精度、高效率和多功能的特点，能够准确模拟电子产品的散热性能。

本文将基于Icepak软件，对某电子机箱大功率模块进行散热分析与优化，探索如何通过仿真实验和优化策略来提高电子机箱大功率模块的散热性能，为实际工程实践提供参考和借鉴。

1.2 研究目的本文旨在通过对基于Icepak的某电子机箱大功率模块散热进行分析与优化，旨在解决电子设备在高功率工作状态下产生的热量无法有效散热的问题。

通过研究目的，可以深入理解该电子机箱散热系统存在的问题和挑战，为后续散热设计提供参考和改进方向。

通过分析和优化，可以提高电子设备的工作效率和稳定性，延长设备的使用寿命，减少故障率。

本研究旨在为电子设备的散热设计提供理论支持和实践经验，促进电子设备的发展和应用。

通过本次研究，可以为相关领域提供参考和借鉴，为未来的研究提供基础和启示。

【字数：98】2. 正文2.1 Icepak的原理和特点Icepak是由ANSYS公司推出的一款专业的热管理软件，主要用于电子设备的热分析和优化。

其原理基于有限元方法，可以模拟各种复杂的热传导、对流和辐射现象，为工程师提供准确的温度场分布和热流量分析。

1. 多物理场耦合：Icepak可以同时考虑热传导、流体力学和辐射等多物理场耦合问题，保证了热分析的准确性。

FloTHERMXT首个结合MDA-EDA电子散热方案随着目前电子产品的功能越来越复杂，功耗越来越大；系统产生的热量也越来越大，而PCB的集成密度却越来越高。

据相关数据显示，PCB板的面积已经缩小一半，而板上集成的元器件却增加了3.5倍，整个PCB板的集成密度增加了7倍。

PCB板和系统在朝着密度更高、速度更快、发热量更大的方向发展。

另外，由于电路板过热引发的问题也越来越受到关注，热仿真将成为电子设计过程中一个不可或缺的步骤。

传统的热仿真测试主要在产品设计验证阶段进行，MDA和EDA之间不能很好衔接。

日前，Mentor Graphics公司推出了一款可覆盖从概念设计阶段至设计验证阶段的电子散热方案-FloTHERMXT,它支持在所有设计阶段进行热仿真测试，是首个结合MDA-EDA电子散热仿真的解决方案，能够显着缩短从概念到详细设计的流程时间。

应用于整个设计阶段如图1所示，以一个TP-Link的设计为例，FloTHERM XT可帮助工程师在概念设计阶段至设计验证阶段随时进行电子散热仿真。

在产品概念设计阶段，工程师可以直接建立或从已有的软件库中导入所需元器件进行最初的PCB概念布局，之后放置外部的机箱，并可从不同角度观察放置的位置和方向，以及元器件的大小、厚度等可能影响系统发热的参数；这时可进行系统热仿真测试，观察PCB上各元器件的发热情况，如存在过热情况，则进行设计修改，如增加通风孔或散热片，并观察设计改变后的气流流动情况，是否已符合系统的散热需求。

进入实际设计后，工程师可以从EDA设计工具中直接导入已完成的设计，经简化后（过滤不发热器件），导入FloTHERM XT进行PCB的热仿真分析。

同时，也可对元器件进行热分析并进行调整。

最后导入MDA外壳，在模拟应用环境中对整个设计进行热仿真，符合设计要求后导出具体的仿真结果报告。

缩短流程时间除了可结合MDA-EDA,为覆盖概念设计阶段至设计验证阶段提供完整的电子散热仿真解决方案，经FloTH ERMXT优化后的电子散热处理过程相较于传统的处理过程大大节省了。

电力电子设备常用散热方式的散热能力分析1 引言随着电子组装技术的不断发展，电子设备的体积趋于微型化，系统趋于复杂化，高热密度成了一股不可抗拒的发展趋势。

为了适应高热密度的需求，风扇、散热器等传统的散热手段不断推陈出新，新颖高效的散热方法层出不穷。

在众多散热方式面前，区分各种散热方式的散热能力，从而选择既经济又可靠的散热方法成为设计人员极为关注的问题。

本文针对风冷和水冷两种常用的散热方式，综合国内外文献中对这两种散热方式的研究结果，总结出这两种散热方式的散热能力，为热设计人员选择经济合理的散热方式提供参考依据。

2 各种传热方式的传热能力分析各种传热方式传热系数的大致范围如附表所示[1]。

对空气而言，自然风冷时的传热系数是很低的，最大为10w/(m2k)，如果散热器表面与空气的温差为50℃，每平方厘米散热面积上空气带走的热量最多为0.05w。

传热能力最强的传热方式是具有相变的换热过程，水的相变过程换热系数的量级为103～104。

热管的传热能力之所以很大，就是因为其蒸发段和冷凝段的传热过程都是相变传热。

附表各种传热方式的传热系数文献[2]给出了根据散热体积和热阻选择散热方式的参考依据，如图1所示。

例如对于热阻要求为0.01℃/w的散热方式，如果体积限制在1000 in3（1in3=16.4 cm3），可以选择风冷散热方式，但必须配备高效的风冷散热器；而如果体积限制在10 in3，只能选择水冷的散热方式。

图1 散热体积与热阻的大致关系3 风冷风冷散热方式成本低，可靠性高，但由于散热能力小，只适用于散热功率小而散热空间大的情况下。

目前风冷散热器的研究热点是将热管与散热器翅片集成在一起，利用热管的高传热能力，将热量均匀地传输到翅片表面，提高翅片表面温度的均匀性，进而提高其散热效率。

空气强制对流冷却方式是目前电力电子元件常用的散热方式，其普通结构是散热器加风扇的形式。

该结构虽然实施方便，成本较低，但其散热能力有限。

模块化电子设备机箱散热结构设计与仿真摘要：随着电子设备的小型化和集成化发展，模块化电子设备在各领域中得到广泛应用。

模块化电子设备机箱的热设计对其散热性能有较大影响，因此，进行模块化电子设备机箱的散热结构设计，对于保证其正常工作具有重要意义。

本文主要以某模块化电子设备机箱散热结构设计为例，通过 ANSYS Flotherm软件对机箱进行热仿真分析，确定机箱的散热结构方案。

关键词：模块化电子设备；机箱散热；结构设计；仿真1引言电子设备机箱的散热结构设计是影响其工作性能和可靠性的关键，对于模块化电子设备而言，其机箱内部具有大量的电子元件，而这些电子元件的散热是通过对其内部散热通道进行合理布置来实现的，因此，对机箱进行散热结构设计对于保证模块化电子设备正常工作具有重要意义。

本文主要通过 ANSYS Flotherm软件对某模块化电子设备机箱进行热分析，确定机箱内部的散热结构方案，并对风扇转速、风窗与机框夹角及风道长度等影响散热效果的因素进行分析，为后续的机箱散热结构设计提供参考依据。

2模块化电子设备机箱散热结构设计2.1 电子设备机箱内部结构与热流密度电子设备机箱由盖板、背板、隔板和内部框架组成，其中，盖板与背板通过螺钉连接，隔板和内部框架通过螺钉连接。

由于电子设备机箱内部的热环境是不均匀的，因此，必须在盖板与背板之间安装隔热板来隔热。

在对电子设备机箱进行热设计时，首先要了解该机箱的工作温度范围、热流密度以及热传导系数。

一般情况下，电子设备机箱的工作温度范围为-40~+60℃，热流密度为0.3W/(m·K)~20W/(m·K)，热传导系数为0.3×10-6(W/(m·K))~0.3×10-4 (W/(m·K))。

电子设备机箱的散热方式主要有2种，一种是内部安装风扇，将热空气排出机箱内；另一种是在机箱上安装散热板，使热空气在机箱表面进行自然对流。

IXFN70N60Q2热仿真分析报告编写人：杨志平Email：phoenixyang2000@版本：1.0时间：2007-12-14一、热分析原因功率器件受到的热应力可来自器件内部，也可来自器件外部。

若器件的散热能力有限，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高，使得器件可靠性降低，无法安全工作。

当前，电子设备的主要失效形式就是热失效。

据统计，电子设备的失效有55%是温度超过规定值引起的，随着温度的增加，电子设备的失效率呈指数增长。

所以，功率器件热设计是电子设备结构设计中不可忽略的一个环节，直接决定了产品的成功与否，良好的热设计是保证设备运行稳定可靠的基础。

二、仿真目的IXFN 70N60Q2 管子用在产品模块输出中，以往分析计算对MOS管发热情况只是在静态工作点上，实际我们的产品工作在一种动态的过程中(例如变化的PWM)，在动态的过程中无法对器件发热进行一个有效计算，本文在cadence软件中pspice软件下对该情况进行一种尝试。

三、仿真模型建立1. 热容概念的引入对给定的电路结构来说，有现成的功率估算技术来确定半导体器件的功耗。

最常用的功率估算方程是：P = I × V × D其中，I是导通周期的平均电流、V是在导通周期通过器件的等效电压、D是占空比。

这个公式对静态工作的MOS管计算可以，为确定半导体的结温升，只需将功率简单乘以热阻抗。

这种分析的弊端是它过分简化了功率计算且没将瞬态条件(诸如开关动作或动态电路操作)计算在内。

如果MOS管呈现出纯热阻，那么根据R=△T/P,那么△T会随着功率P呈现线性增长。

但是实际上增长是非线性的，有输入功率时热量有一个滞后，热量有一个累计的过程，在功率为低时，热量又有一个释放的过程。

为了形象的表述这种现象，引入热容的概念，热容总是对功率有一个响应过程。

参考IR公司资料, 热容公式计算如下：C = Tao/R其中Tao 是高电平持续的时间，R 是热阻。

流体力学仿真在电子散热中的应用引言随着电子设备的迅猛发展，电子散热问题日益凸显。

高性能的电子器件和芯片在运行过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地散热，将会影响设备的性能和寿命。

因此，研究电子散热问题变得非常重要。

流体力学仿真作为一种强大的工具，可以模拟和分析流体的运动和热传递过程。

在电子散热中的应用中，流体力学仿真可以精确地模拟电子设备中的流体流动和散热效果，为优化散热方案提供科学依据。

本文将探讨流体力学仿真在电子散热中的应用，并介绍一些常用的仿真方法和工具。

电子散热问题的背景在众多的电子设备中，芯片是最常见的组成部分之一。

芯片在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地散热，将会导致设备的性能下降和寿命缩短。

因此，电子散热问题需要引起足够的重视。

传统的散热方案主要包括散热片、散热风扇和导热胶等。

然而，这些方案仅仅是通过传导和对流的方式来实现散热，其散热效果受到很多限制。

为了更好地解决电子散热问题，流体力学仿真成为了一种重要的方法。

流体力学仿真方法流体力学仿真是通过数值计算方法来模拟流体流动和热传递过程的一种技术。

在电子散热中的应用中，可以利用流体力学仿真来模拟芯片周围的流体流动和热传递过程，进而优化散热方案。

流体力学仿真的基本步骤包括几何建模、网格生成、边界条件设置、物理模型选择、求解和后处理等。

其中，几何建模是流体力学仿真的关键步骤之一，它决定了仿真结果的准确性和可靠性。

在电子散热仿真中，几何建模包括将电子设备和散热装置等复杂几何体进行建模。

生成合适的网格也是流体力学仿真中的关键步骤之一。

合适的网格可以使仿真结果更加准确，同时还可以减少计算量。

网格的生成方法有很多种，比如结构网格、非结构网格和混合网格等。

在电子散热仿真中，一般采用非结构网格或混合网格。

边界条件的设置也非常重要，它决定了仿真中流体的物理行为。

在电子散热仿真中，常见的边界条件包括壁面温度、外部流场速度和恒定热通量等。

求解过程是流体力学仿真中的核心步骤，其目的是求解流体力学方程和热传导方程，并得到流场和温度场等仿真结果。

文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：Peraglobal）在电子设备中，热功率损失通常以热能耗散的形式表现，而任何具有电阻的元件都是一个内部热源。

电子设备是由大量的电子元件组成的，当电子设备正常工作时，其输入功率要高于输出功率，高出这部分功率则转化为热量耗散掉，如果这些热量不能顺利地导出，就会产生内部高温，高温会导致元器件失效，单个元器件失效会导致整个设备的失效。

热量产生示意图下图是美国空军对导致电子设备失效的原因的调查，调查结果表明导致元器件失效的主要原因就是高温。

美国空军对导致电子设备失效的原因的调查在电子行业，器件的环境温度升高10 ℃时，往往失效率会增加一个数量级，这就是所谓的“10 ℃法则”。

每种器件失效前的平均时间是其所承受的应力水平、热应力和化学结构的综合因素的统计函数。

降低热应力能够使失效率显著地降低，见表1。

表1 高低温时部分元器件失效率及比值随着软件技术和计算机硬件的飞速发展，如今电子产品的设计已进入了面向并行工程的CAD ／CAE／CAM时代，设计及评估人员都能够依靠计算机仿真技术更好的展开工作。

ANSYS 在解决电子系统的系统级散热设计方面有着最好的专业技术优势，应用专业的CFD 计算软件群，能够在模型建模、快速的网格生成、强大的求解计算、完善的后处理等方面拥有独特的优势。

基于ANSYS Fluent 的电子散热问题分析基本工作流程电子散热仿真中的几何处理（SCDM）ANSYS SpaceClaim Direct Modeler（简称SCDM）是基于直接建模思想的新一代3D建模和几何处理软件，可以提供给CAE分析工程师一种全新的CAD几何模型的交互方式，从而显著地缩短产品设计周期，大幅提升CAE分析的模型处理质量和效率。

SCDM 新一代3D建模和几何处理软件对于电子散热问题，通常工程师需要处理大量固体电子元器件的几何模型，而且这些器件大多不是同一种材料，因此还要考虑多个实体间的干涉与缝隙；同时，工程师还需要获取固体之间的流场区域，并根据不同的情况进行几何分类（如风扇区域、格栅区域等）。

电子产品热设计及热仿真技术的应用分析摘要：随着装备性能的不断提升，复杂程度的不断提高，以及使用环境的日趋复杂，电子产品对可靠性的要求日益提高，可靠性已成为衡量电子产品使用性能的一项重要指标。

因散热不良引发的故障一直在电子产品故障发生中占有很大的比重，电子产品一旦出现热设计缺陷，往往在设计周期和设计成本等多方面造成极大的损失。

因此需要在产品设计源头加以控制，即在设计之初考虑产品的功能和性能的同时，考虑其散热等因素。

综合电子产品的性能设计和热设计，选择采用什么散热方式、使用何种散热材料等，其目的是高效率、低成本、高可靠地制造产品。

基于此，本文对电子产品热设计及热仿真技术的应用进行分析，为产品全生命周期设计提供验证支撑，达到合理可靠稳定运行的目的。

关键词：电子产品热设计；热仿真技术；应用分析引言电子产品是基于电子信息技术发展背景下的重要产物，电子信息技术是20世纪初诞生的一种新兴的技术，随着时代的发展与生产技术的不断革新，电子信息技术得到了进一步发展。

进入21世纪之后，电子信息技术已成为科学技术领域的重要标志之一，在各个行业及领域均具有非常广泛的应用。

伴随着大量电子产品的问世，不仅改变了人们传统的生活方式，也为人们的生产与生活带来了巨大的便利。

随着社会信息化的不断发展，电子产品多功能集成和便携的需求日益凸显，电子产品的集成化和小型化就成了目前电子产品的发展趋势，电子产品的集成化意味着功率会大概率的增大，与小型化的发展综合在一起意味着电子产品的单位体积功率密度会不断增大，因此电子产品的热设计就需要从粗放的经验设计向精确化的热理论设计发展。

热仿真就是支持电子产品精确化理论设计最佳手段。

通过热仿真将电子产品在性能设计的基础上叠加热设计，达到电子产品在最优热环境里发挥最佳性能的目的。

1电子产品热设计的意义1.1电子产品进行热设计的优势有效散热对于电子产品的稳定运行和长期可靠性而言至关重要，将电子产品热功能部件的工作温度控制在其有效工作的温度范围内，是提升电子产品可靠性的基本思路。

6SigmaET热控制趣味画面热控制趣味画面热控制趣味画面电子设备故障的主要原因图1 : 结点寿命统计故图2: 电子产品失效的主要原因55%Temperature 20%Vibration 障率\10万55% Temperature 温度20% Vibration 振动6% Dust 粉尘(Source :GEC Research)小时结点温度(S US Ai F A i i I t it P19% Humidity潮湿(Source : GEC Research)来源：GEC 研究院(Source : US Air Force Avionics Integrity Progra 来源：美国空军航空电子整体研究项目目录Future Facilities公司简介6SigmaET建模6SigmaET划分网格6Si ET6SigmaET求解器6SigmaET后处理案例分析Manufacturer6Sigma ET6Si 6Sigma ET 可求解多级尺度问题人性化的用户界面6Si ET建模6SigmaET建模对象建模• 多种模型： 多种模型模型 说明 自动生成结构树 求解域、机壳 通风口 PCB（PCB打孔） 多种复杂形状 芯片（插槽） 器件（插槽） 模型 说明 散热器 热管 轴流风扇 离心风扇 径向风扇 监控点 数值风洞© 2011 All rights reserved对象建模• 应有尽有其它6SigemaET的模型（部分） 其它6Si ET的模型（部分）© 2011 All rights reserved对象建模丰富的模型库© 2011 All rights reserved对象建模大量封装模型© 2011 All rights reserved对象建模散热器extrudedpin finstacked© 2011 All rights reserved对象建模风扇可评估噪声© 2011 All rights reserved对象建模热管与冷板模型© 2011 All rights reserved先进的建模功能工具栏智能化1. 选 择箱体 出现相 应的下 一级模 级模 型2. 选 择PCB 出现相 应的下 一级模 级模 型3. 选 择芯片 出现相 应的下 一级模 级模 型© 2011 All rights reserved复杂外形物体建模导入功能导入复杂组件 导入复杂零件© 2010 All rights reserved导入功能导入IDF文件© 2010 All rights reserved先进的建模功能智能化的错误指向功能© 2011 All rights reserved先进的建模功能版本树简化模型创建© 2011 All rights reserved6Si 6SigmaET网格生成 ET网格生成© 2011 All rights reserved6SigmaET网格划分• 完全自动划分网格© 2011 All rights reserved6Si 6SigmaET求解器 ET求解器© 2011 All rights reserved6SigmaET求解器• 准确、快速、高效、鲁棒性求解器© 2011 All rights reserved6SigmaET求解器• 多流体 • 泵 • 管道 • 冷板© 2011 All rights reserved6SigmaET求解器• PCB模型分级简单平均型复合层平均三层平均复杂详细层© 2011 All rights reserved6SigmaET求解器• 详细描述的元件© 2011 All rights reserved6SigmaET求解器• 瞬态 • 环境 • 热扩散，发热功率© 2011 All rights reserved自动简化热模型“黑盒子”6SigmaET所提供的专业 化解决方案的特点6Si 6SigmaET后处理 ET后处理© 2011 All rights reserved后处理动画图•动画可以保存成： • MPG, Animated GIF, AVI •全程监控.wmv后处理自动生成报告HTML兼容PPT格式报告HTML格式报告© 2011 All rights reserved6Si 6SigmaET案例介绍 ET案例介绍© 2011 All rights reservedLED案例© 2011 All rights reserved冷板算例热管风扇案例网络设备自然散热算例网络设备自然散热算例网络设备自然散热算例电脑温度分布强迫对流和自然冷却船用变频器案例电容风扇 水冷电阻 电感 熔断器 电压传感器 ……IGBT水冷板© 2011 All rights reserved船用变频器案例方舱动画国内某数据中心案例 ：国内某数据中心案例 ：机柜 通风孔 线缆 内墙……PDU门 灯空调。

ANSYS流体教学DEMO之电子器件散热仿真分析1. 摘要随着集成技术和微电子封装级数的飞速发展，芯片的总功率密度不断增长，而芯片和电子设备的物理尺寸却逐渐趋于小型、微型化，所以产生的热量迅速积累，导致集成器件周围的热流密度也在增加。

由此产生的高温环境必将会影响到芯片和设备的性能，这就需要更加高效的热控制方案。

因此，芯片的散热问题已演变成为当前电子行业散热的一大焦点。

2. 仿真模型介绍本案例所模拟的是一块放置在基板上的简化芯片的自然对流换热问题，如图1所示。

芯片尺寸为20*20*2mm，基板尺寸为40*40*8mm，外流场尺寸为120*120*210mm，基板与外流场底部的距离为50mm。

图1 模型示意图3. 前处理通过三维建模软件建立该模型，在ICEM CFD中划分网格，网格如图2所示。

将电池上表面命名为CELL_UP，用于监测电池上表面温度；按照UP为上表面、DOWN为下表面、SIDE为四周面的方式命名外流场边界，如P_UP、P_DOWN、P_SIDE，二维示意图如图3所示。

将ICEM CFD划分完成的网格导出，存为ICEM.msh文件。

图2 总体网格示意图图3 模型命名示意图4. 求解设置4.1 启动Fluent双击Fluent，将Dimension修改为3D，如图4所示。

图4 Fluent 启动界面4.2 模型设置打开模型树中的【Model】→【Energy】选择On，保持【Viscous】为Laminar，其余保持默认，设置如图5所示。

图5 Models设置4.3 添加材料双击模型树中的【Materials】，双击air材料，将Density改为boussinesq，设置为1.165；将Thermal ExpansionCoefficient改为constant，设置为0.003，如图6所示。

图6 材料添加4.4 边界条件设置双击【BoundaryConditions】，编辑【Zone】中的Outlet下的三个边界，在下方的TYPE中选择为pressure-outlet，其余保持默认，单击OK，如图7所示。