一種水冷系統(tǒng)散熱淺析

熱設(shè)計(jì) 2021-11-16

一、概述

液冷散熱板作為水冷系統(tǒng)的重要組成部分，主要是將發(fā)熱元器件產(chǎn)生的熱量與冷卻液充分交換。

某水冷系統(tǒng)部分如圖所示，由IGBT、水冷散熱板、鋁合金板以及鋁條安裝件組成。

圖1 水冷系統(tǒng)部分三維示意圖

圖2 水冷系統(tǒng)部分三維爆炸圖

二、技術(shù)參數(shù)

1、IGBT單個(gè)功耗：100W，共3個(gè)；

2、環(huán)境溫度20℃，水冷散熱板水流入口處溫度與環(huán)境溫度相同。

三、icepak仿真模擬

與固體有限元計(jì)算需要實(shí)體模型不同，流體計(jì)算域需要的是流道模型。簡言之，流體域指的是流體能夠達(dá)到的區(qū)域。因此，需要對CAD軟件創(chuàng)建的固體實(shí)體模型進(jìn)行處理，以抽取流體計(jì)算區(qū)域。

DM（DesignModeler）是ANSYS workbench中一個(gè)模塊，主要用于幾何模型創(chuàng)建及計(jì)算模型準(zhǔn)備。其提供了一系列工具用于流體計(jì)算域的生成。主要有：Fill功能、幾何布爾運(yùn)算。

進(jìn)入DM模塊，進(jìn)入菜單File > Import external Geometry File，選擇讀入創(chuàng)建的幾何x_t格式，然后點(diǎn)擊Generate按鈕，生成幾何體。

對于流道內(nèi)表面相對比較復(fù)雜的幾何體，DM提供了By Gaps的方法。在使用此方法之前，需要將開口位置生成surface進(jìn)行封閉。對于本例中的幾何，需要利用edge生成4個(gè)表面將模型封閉起來。

創(chuàng)建surface：點(diǎn)擊菜單Concept > Surface from edges選擇如圖所示的edge，點(diǎn)擊generate按鈕，生成surface.下圖中黃色彎道是抽取的流道solid。

由DM導(dǎo)入到Icepak中顯示的界面如下：

在opening.2水體進(jìn)口的Properties面板下勾選X Velocity，并輸入初速度為-1m/s，保持默認(rèn)的溫度為ambient，使用環(huán)境溫度作為進(jìn)口溫度；點(diǎn)擊下方的Done，確認(rèn)完成。

同理在opening.2.2水體進(jìn)口的Properties面板下勾選X Velocity，并輸入初速度為-2m/s。

在水體出口的Properties面板下取消勾選Temperature，點(diǎn)擊下方的Done；點(diǎn)擊右鍵選擇出口模型，選擇Create—Monitor point，創(chuàng)建變量監(jiān)控點(diǎn)，雙擊Point下的出口模型，勾選速度及溫度，表示監(jiān)測出口的溫度及速度。并且監(jiān)控3個(gè)熱源source。

選擇3個(gè)熱源模型source，點(diǎn)擊編輯按鈕，在屬性面板中對Total Power輸入100W，點(diǎn)擊下方的Done。

對于比較復(fù)雜的熱模型，給各個(gè)器件設(shè)置多級網(wǎng)格級數(shù)，以保證劃分網(wǎng)格貼體：

右鍵單擊模型樹下器件名稱，點(diǎn)擊Set meshing levels，在出現(xiàn)的對話框中輸入級數(shù)，點(diǎn)擊Done表示完成。

使用同類操作對水冷板、水體主體、水體進(jìn)出口、熱源分別設(shè)置網(wǎng)格級數(shù)均為3，IGBT為2，其余模型采用默認(rèn)值（0級）。

點(diǎn)擊快捷工具欄中的網(wǎng)格劃分按鈕，打開劃分網(wǎng)格窗口，對于導(dǎo)入icepak的熱模型，一般選取劃分網(wǎng)格類型Mesher-HD（稱為六面體占優(yōu)網(wǎng)格），圖中沒有顯示的部分采取默認(rèn)值，然后點(diǎn)擊Generate生成網(wǎng)格。