Icepak在电子设备热设计中的应用

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Icepak在电子设备热设计中的应用
陈洁茹，朱敏波，齐颖
(西安电子科技大学， 陕西西安710071)
摘 要：在阐述电子设备热分析重要性的同时，介绍了当前流行的四种热分析软件，利用其中的Icepak软件对某电子设备的机箱进行了热分析，并通过调整机箱的结构分布及其散热方式，使其满足了热设计要求。通过算例也显示了Icepak软件在电子产品热设计中的优越性。
关键词：热设计；Icepak；电子设备；可靠性
中图分类号：TP319；TK11 文献标识码：B 文章编号：1008—5300(2005)01—0014—03
Application of Icepak in the Thermal Design of an Electronic Device
CHEN Jieru，ZHU Minbo，QIYing
(Xidian University， Xi an 710071，China)
Abstract：The importance of thermal analysis of electronic device is discussed and a brief introduction to four popular therm al analysis softwares is given．Then，the overall process of thermal analysis of some electronicdevices with Icepak is shown in this paper．Through the analysis ，the configuration and the cooling system of the device are adjusted for fulfil the demands of thermal design．The advantages of Icepak in the thermal analysis of electronic products are also demonstrated．
Key words：therm al design；Icepak；electronic device；reliability
0 引 言
随着电子设备复杂性的增加，如果各种发热元件散发出来的热量不能够及时散发出去，就会造成热量的积聚，从而导致各个元器件的温度超过各自所能承受的极限，使得电子设备的可靠性大大降低。当前，电子设备的主要失效形式之一就是热失效。据统计，电子设备的失效有55％是温度超过规定的值引起的。随着温度的增加，电子设备的失效率呈指数增长趋势。所以，热设计是电子设备结构设计中不可忽略的一个环节，在对工作温度有较高要求的电子设备的结构设计中，必须进行结构的热设计。
1 常用热分析软件
当前流行的热设计软件种类比较多，用的较多的主要有SINDA／G，ANSYS，FLOTHERM，ICEPAK。SINDA／G软件主要用于温度场和热控制计算，是基于集总参数和热阻一热容节点网络，采用有限差分数值方法设计开发的专业热分析软件，包括大量计算求解器、库函数和开放式的用户开发环境，具有很广的应用范围。但是，由于它进入中国的时间不算太长，所以到目前为止应用群体还不是很广泛。ANSYS是一个融结构、热、流体、电磁、声学为一体的大型通用有限元分析软件，在热分析功能方面，它除了分析独立的温度场以外，还具有多物理场耦合分析功能，允许在同一模型上进行各种耦合计算，如热一结构耦合、甚至电一磁一流
体一热耦合。但是，作为一个集多种分析于一体的大型通用软件，它在热分析方面的功能没有像其它几种软件一样专业，它不能摆脱对用户相关知识的较高要求。应用中，需要用户具有很强的有限元和传热学方面的知识背景和对ANSYS软件的比较深入的学习。
相比之下，FLOTHERM和ICEPAK在这方面显示了专业热分析软件的优越性。两者都具有专业的流体动力学(CFD)的求解器，能够分析各种流体状态，同时，它们提供了电子设备热分析中常见的所有组件，使得电子设备热分析的建模非常简单。这两个软件还为用户提供了材料库和风扇库等，用户可以直接调用，同时，还可以往材料库中添加用户自定义的材料类型，以方便用户的实际使用。ICEPAK软件除了具有以上优点之外，由于它所用的求解器为FLUNT求解器，还具有计算精度高的优点。
2 应用实例：某电子设备机箱热分析
下面给出了一个用ICEPAK软件实现的电子设备的热设计实例。通过这个算例，可以了解ICEPAK在电子设备热分析中的具体应用。
2．1 问题描述
模型中主要包括一个通风道，l7个功放，两个风扇，四个达林顿管。其中原始模型的器件基本参数如下：
通风道：材料为防锈铝LF6；
功放：材料为硬铝，发热功率为37 W；达林顿管：发热功率为100 W，容许的极限温度为200℃ ：
风扇：流量为21．9 L／S。

在整个机箱中，由于发热元件很多，总的发热功率达到1 066 W，在环境温度为55cc，元件容许的最高温度为85℃的情况下，单凭一个进口风机和一个出口风机散热，机箱中的温度有可能会超过极限温度。由于这些功放的价格比较昂贵，功放的温度不能通过直接测量元件表面温度获得，而ICEPAK软件恰好解决了这个难题。使用ICEPAK软件可以在没有实际样机的情况下仿真模拟机箱中各个元件的发热情况，找到危险点。同时，还可以根据初步的计算结果，通过该软件适当调整计算模型的结构，提高机箱的散热性能，使整个机箱中的元件温度能控制在容许温度之内。
2．2 分析计算步骤
用ICEPAK实现该问题的计算及仿真的过程可分为五个基本步骤：设定问题参数、建立计算模型、进行网格划分、求解计算、后处理。

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