原創｜基于Ansys Icepak的散熱器優化

2017-06-06  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

Ansys Icepak是專業的、面向工程師的電子產品熱分析軟件。借助Icepak的分析,用戶可以減少設計成本、提高產品的一次成功率,改善電子產品的性能、提高產品可靠性、縮短產品的上市時間。本文通過Icepak建立了一個簡單的電子系統熱仿真模型,通過對散熱器的優化,使系統的的最高溫度處于設計要求范圍內(< 70 ℃)。

模型由PCB、芯片、風扇、以及散熱器組成。PCB的材料設為正交各向異性,平面內的導熱系數為600 W /(K·m),法向導熱系數為0.4 W /(K·m);9個芯片的發熱功率均為20 W;風扇的體積流量為0.035 m3/s;散熱器類型為擠壓鋁散熱器。

初始散熱器的總高度設為6 mm,翅片數為10個,如下所示。

為了提高網格質量并減少網格數目,創建一個包含風扇的assembly和一個包含所有芯片及散熱器的assembly,劃分網格如下:

對建立的仿真模型進行求解,得到溫度云圖如下:

由溫度云圖可知電子系統最高溫為79.9℃,超過了設計要求,因此需要對散熱器進行優化。

對散熱器的高度和翅片數進行優化,以使系統的溫度低于70℃。

5.1. 定義變量

將散熱器的高度和翅片數分別定義為

fin_h和fin_count變量,fin_h的范圍為6-10 mm,fin_count的范圍為10-16。如下所示。

5.2. 定義函數

定義一個名為mxtemp的函數,限制系統的最高溫度為70℃;另外定義一個名為HS_mass的目標函數,使系統的溫度達到要求時要求時散熱器的質量盡可能的小。

5.3. 優化求解

每次優化迭代求解完成后,icepak會列出該迭代步下的函數及變量對應的值。

由上圖可看出Icepak進行了四次計算,3和4這兩次迭代求解滿足了系統的溫度要求。由于第4次迭代對應的散熱器質量小于第3次迭代對應的散熱器質量,因此icepak給出的最優解為第4次迭代對應的散熱器參數(fin_h為7.3mm,fin_count為13)。

查看此時的溫度云圖,系統最高溫度為69.7℃,滿足低于70℃的要求。

本文通過Ansys Icepak的優化功能對散熱器進行優化設計,使得電子系統的溫度能處于規定的溫度范圍之內,說明電子產品在熱設計過程中,利用Icepak的優化功能可以方便有效地對散熱器的形狀、質量、熱阻等進行優化,以達到設計要求。

作者:技術鄰|jocundhang

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