电子设备机箱散热仿真分析

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。

对流换热主要基于牛顿冷却公式计算。

式中，h为表面传热系数或对流换热系数，单位为W/（m·K）;A为对流换热面积，单位为m2;△t为固体壁面温度tw与流体温度tf之差的绝对值，△t大于零，保证热流量Φ或热流密度q取得正值，单位为K。

3 机箱热设计仿真

利用专业热仿真软件6sigmaET进行热分析，其主要流程是建立模型、设定边界条件、仿真计算、后处理等。

3.1热分析模型的建立。在模型导入前，为了便于划分网格，提高计算效率，对原模型进行适量的简化。

将简化后的模型转化为STL格式导入6SigmaET软件中。导入后的模型如图一所示。

3.2加载边界条件。确认模型无误后，定义机箱的计算域。设定环境温度为20℃，迭代步数、松弛因子、重力等保持默认设置。

3.3后处理。查看整机的风速云图，见图2。图中可见机箱靠近风扇及翅片中间部位风速较快。依据风速的快慢，调整芯片、模块的位置。

查看整体机箱的整体温度云图，见图3，图中可见机箱右侧板卡温度为45.2℃，温升为25.2℃。风口温度为35.2℃，温升为15.2℃。芯片正常工作的温度范围为-40℃-85℃，机箱工作后的温升都在芯片工作合理范围内。实际模块温升为18℃，仿真结果与实际机箱相应模块温升基本一致。

4 结语

从仿真结果可以看出，强迫风冷具有较强的散热能力。同时，应用6sigmaET软件对电子设备进行热仿真分析可以直观的了解电子设备的风速分布。依据风速的快慢来分配不同功率的模块来控制整机温升是快速有效的，从而有效缩短研发周期，提高设计效率。

参考文献：

[1]邱成悌，赵惇殳，蒋全兴。电子设备结构设计原理[M].南京： 东南大学出版社，2005。

[2]余建祖。电子设备热设计及分析技术[M]。北京：高等教育出版社，2002。

[3] ]付桂翠，高泽溪，方志强，等.电子设备热分析技术研究[J]。电子机械工程，2004，20（1）：13-16.

作者简介：陈妍妤（1990-），女，助理工程师，主要从事结构设计工作。