跟着军用电子设备研发不断向小型化、多功用化和高功能化方向开展，电子设备内一些大功率器材的发热量和暖流密度不断添加，假如不能有用地进行散热规划，将直接影响体系功用的完结和长期作业的稳定性。热仿真剖析可以在计划阶段比较实在模仿出体系的热散布情况，对热规划计划可行性进行全面剖析，确认出体系的温度最高点，经过对数字计划优化规划，可消除存在的热规划问题，以进步产品可靠性、缩短产品上市时刻。
1运用实例及仿真剖析
1.1运用实例
某二次加固型的监测电子设备，内部包含主板、显卡、功用板、电源和一个辅佐电扇，体系热操控的规划目标是在环境温度50℃时，要害器材中心温度不超越900(3。监测电子设备内部首要器材的TDP(Thermal Design Power)值及装备如表1所示。
由设备发热总量和热平衡方程：
估算出体系辅佐电扇风量约为80(CFM)。
因为监测电子设备总功率高，要害器材答应温升小，假如根据电子设备传统规划办法规划，经过样机验证监测电子设备的高温功能，要害器材温度或许会超越答应值，导致设备可靠性下降，或许样机作废，影响产品交给周期。为下降规划危险，进步一次成功率，在出产样机前运用热仿真软件对监测电子设备散热计划进行前端仿真，取得监测电子设备温度散布情况，若达不到要求应采纳改进散热办法，以到达体系热操控的规划目标。
1.2初始计划仿真剖析
Icepak是专业的电子设备热仿真软件，可以处理体系级、部件级、封装级的热剖析问题，供给电子设备热仿真中常用组件电扇、热源等，在Windows风格的共同界面内完结建模树立、边界条件设置、网格区分、问题求解、优化和后处理等一切剖析进程，简化了热剖析建模进程。
考虑功率器材内部传导热阻和导热胶垫热阻，对监测电子设备的初始计划经过恰当简化后[3]，树立的Icepak仿真模型如图1所示，输入首要器材的发热功率、电扇风量及环境温度，散热片部分部分细化，主动区分网格，仿真模型迭代收敛曲线如图2所示，初始计划中首要器材温度云图如3所示，体系风速迹线图如图4所示。
由初始计划温度云图3可知，监测电子设备初始计划能满意显卡、功用模块上功率器材的热操控要求，但CPU温度(119.8℃)远远超越器材答应节温(90℃)，尽管主板上CPU方位有白带的散热片和电扇。初始计划规划余量缺乏，不能到达体系热操控目标，需采纳优化改进办法。对初始计划风速迹线图4进行剖析，尽管体系风速较大，因为受主板器材布局和设备结构方式影响，初始计划中体系冷却气流在监测电子设备的分配很不合理，体系总风量中仅有很小一部分流经主板CPU、北桥上外表的散热片，体系风量运用功率很低;主板上CPU方位散热片散热面积缺乏，在环境温度50℃时难以满意主板CPU散热要求，是导致监测电子设备初始计划主板CPU器材温度过高的首要原因。
2热规划计划优化
2.1计划优化及仿真监测
电子设备中主板为COTS(commercial off the shelf)产品，器材方位无法改动，要在初始计划基础上到达体系热操控要求，可经过必定办法优化办法进步体系冷却气流运用率，进步体系散热作用。剖析初始计划的结构特色，为到达体系热操控规划目标，在监测电子设备中添加热管冷板组件。
热管元件体积小、重量轻、传热才能强、等温性好，冷板强化散热技能结构方式灵敏、本钱低，热管冷板将热管散热技能和冷板散热技能合理组合，充分运用二者的长处，既结构紧凑，又能有用地处理高密度暖流发热器材的散热问题。
在热管冷板组件中，冷板为高导热系数的铝合金，除主板CPU、北桥芯片方位的散热片外，根据监测电子设备初始计划的风速迹钱图，在设备内部风速较大方位添加一组恰当密度和高度的散热片，方向与冷却气流方向共同。热管选用直径为8mm的高功能烧结型微热管(micro heat pipe，MHP)，打扁至4mm后镶嵌在冷板内部，热端与功率器材触摸，冷端坐落新增散热片底部，结构暗示如图5所示。经过热管冷板组件与冷却气流强制对流换热，高效将主板要害CPU、北桥芯片的热量快速带走。
体系电扇风量不变，从头树立优化计划的Icepak仿真模型，散热片部分部分细化，主动区分网格，求解后取得的优化计划中要害器材的温度云图如6所示，体系风速迹线图如图8所示，热管冷板组件的温度云图如图7所示。
从图6可以看出，选用添加热管冷板组件优化办法后，进步了体系冷却气流的运用功率，主板CPU、北桥中心温度下降了20℃以上，显卡器材中心温度90℃左右，散热作用相对初始计划显着改进，到达体系热操控要求。经过在测验电子设备上盖板CPU气流前段方位添加挡风板可进一步进步冷却气流功率。
2.2热剖析与测验成果比较
按优化计划完结监测电子设备规划、加工、拼装后，在环境温度50℃时，顺畅经过了高温环境试验的相关条目和120小时可靠性查核，到达了体系热操控要求。运用美国.Degree Control公司热测验体系ATM2400和AccuSense UTSl000型热电偶传感器，监测电子设备内部首要器材外表温度如表2所示。
由表2中的剖析温度与测验数据比较可知，软件模仿剖析成果和实践测量值比较挨近，最大差错为8.1%，满意工程规划要求。模仿剖析差错首要来自热电偶传感器装置方位差错、模型简化差错和监测电子设备实践作业情况差错。
在开放式电子设备中，对因器材布局约束导致的部分器材温度过高问题，热管冷板组件结构方式灵敏多样，本钱低，热阻小，可显着改进体系冷却气流运用不高的情况，可作为一种通用有用的处理计划。
3电子设备热仿真和试验的结合
从以上优化仿真进程可以看出，在基本不添加项目本钱的条件下，经过Icepak热仿真软件对数字样机的热仿真和优化，改进了初始热规划计划的缺乏，显着下降了要害器材的外表温度，进步了产品可靠性，但电子设备的热仿真不能彻底替代高温试验的作用。
尽管现在商用热仿真软件均能在计划阶段比较实在地模仿体系的热情况，对产品热规划计划的可行性进行评价，但因为流体理论研究的局限性和仿真模型的复杂性，即便模型精确，工程师经验丰富，测验成果和热剖析软件仿真成果仍然或许存在较大差错。为了到达较好的作用，电子设备热仿真必定要与试验测验相结合，并彼此弥补。
热仿真软件对体系热规划的重要作用，在于协助规划师较为精确的猜测散热体系的作用，找到影响体系散热才能的要害点，可快速对优化办法的作用进行模仿，并可对影响体系散热作用的多种要素及影响程度进行定量的归纳剖析，为挑选费效比最优的散热办法供给根据。
4结束语
热剖析软件能在计划规划阶段快速取得体系热规划的作用，在体系级模仿出电子设备内部风速、风压及温度场散布情况，对设备散热才能有一个直观量全面的了解，及时发现初始计划热规划中存在的问题。
经过优化数字样机中风道、器材布局、电扇、散热器等各种参数的归纳剖析，寻觅体系散热最佳计划，为挑选费效比最高的体系散热计划供给根据;一起削减出产实践样机的时刻和费用，使得产品可以高质、高效地投入市场，进步产品的市场竞争力。
