有限元分析---熱分析

熱管理 2021-07-11

有限元分析---熱分析

熱分析

thermal analysis

隨著電子設(shè)備不斷向小型化、多功能化和高性能化方向發(fā)展，電子設(shè)備內(nèi)器件的功耗和熱流密度不斷增加，電子設(shè)備過熱問題越來越突出，如果不能有效進行散熱設(shè)計，將直接影響系統(tǒng)可靠性和工作壽命。國外統(tǒng)計資料表明，電子元器件溫度每升高２℃，可靠性下降10％，溫升50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6，高溫因素會大大增加電子產(chǎn)品的故障率，熱設(shè)計一直是電子設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。

傳統(tǒng)熱設(shè)計方法中設(shè)計師依靠以往經(jīng)驗設(shè)計樣機，通過樣機的各種試驗和測試發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題和缺陷，然后進一步優(yōu)化改進，往往需多次反復(fù)才能基本定型，已難以滿足現(xiàn)代電子設(shè)備周期短、難度高的研制要求。

熱仿真分析能夠在方案階段比較真實模擬出系統(tǒng)的熱分布狀況,對熱設(shè)計方案可行性進行全面分析確定出系統(tǒng)的溫度最高點,通過對數(shù)字方案優(yōu)化設(shè)計,可消除存在的熱設(shè)計問題,可以在樣機制作前就能判斷設(shè)計是否滿足產(chǎn)品的熱可靠性,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,降低開發(fā)成本,提高產(chǎn)品一次通過率。因此,電子行業(yè)正急需推廣融入仿真技術(shù)的熱設(shè)計方法。

1、電子設(shè)備熱仿真與可靠性

電子設(shè)備種類繁多，使用環(huán)境復(fù)雜，尤其在國防領(lǐng)域使用的抗惡劣環(huán)境電子設(shè)備，不但需要防鹽霧、防潮濕、抗振動，還要體積小、重量輕、散熱性能良好，為此抗惡劣環(huán)境電子設(shè)備通常采用全封閉結(jié)構(gòu)，電子設(shè)備內(nèi)器件過熱問題相對工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的電子設(shè)備更加突出。解決電子設(shè)備過熱問題以提高產(chǎn)品可靠性的相關(guān)技術(shù)稱為電子設(shè)備散熱技術(shù)，包括熱設(shè)計、熱仿真及熱測試，是發(fā)現(xiàn)、解決電子設(shè)備熱缺陷、提高電子設(shè)備可靠性不可缺少的技術(shù)手段。熱設(shè)計、熱仿真及熱測試技術(shù)的集成以及在電子產(chǎn)品開發(fā)中的并行應(yīng)用，可以極大地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的可靠性，保證電子產(chǎn)品的綜合性能。

熱仿真技術(shù)是電子設(shè)備散熱技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，可以在方案階段對熱設(shè)計方案可行性、有效性進行全面分析，提高產(chǎn)品可靠性和一次設(shè)計成功率。

2、熱仿真優(yōu)勢和實際應(yīng)用

以計算流體動力學（CFD）為核心的熱仿真軟件、計算機輔助工程（CAE）方法使得設(shè)計師能夠運用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)造虛擬樣機，優(yōu)化電子設(shè)備的熱設(shè)計，借助于熱仿真軟件強大的后處理能力，幫助設(shè)計師較為準確地預(yù)測散熱系統(tǒng)的效果，找到影響系統(tǒng)散熱能力的關(guān)鍵點，并可快速對優(yōu)化措施的效果進行模擬，對影響系統(tǒng)散熱效果的多種因素及影響程度進行定量的綜合分析，為選擇費效比最優(yōu)的散熱措施提供依據(jù)，減少設(shè)計、生產(chǎn)、再設(shè)計和再生產(chǎn)的費用，縮短高性能電子設(shè)備的研制周期。因此，在設(shè)計階段對產(chǎn)品熱設(shè)計進行熱仿真已經(jīng)成為設(shè)計過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。