电子机箱是承载电子设备的箱体,比如电脑主机。机箱内电子元件工作会发热,为了让热量及时排出,常用风扇强迫外界空气流经机箱,进行散热。本仿真目的是计算电子元件发热功率及进风量一定时,机箱内的温度分布情况,进而辅助机箱的热设计。
本案例需要的输入文件和参数信息如下表:
网格文件 | Chassis.msh |
物理模型 | 不可压 |
湍流模型 | SST k-omega |
边界条件 | 风速:2m/s 功率热源8个,共计31.5W |
图1 网格模型
2.1新建工程
a. 启动AICFD 2024R1;
图2 AICFD窗口
b. 选择 文件> 新建,新建工程,选择工程文件路径,设置工程文件名,点击“确定”。
图3 新建工程
2.2网格导入
a. 单击菜单栏 网格> 导入网格 ,这个模型包括机箱外壳、里面的空气,以及内部器件。(点击下载模型文件)
图4 网格导入
b. 空气从2个圆形入口以2m/s流入,从另一侧的三列长方形出口流出。
图5 空气流动方向
3.1求解模型
a. 双击 求解> 求解模型,设置湍流模型。时间选稳态,流动选不可压。方法选湍流,热效应处勾选能量。
图6 模型设置
b. 右击 材料> 添加材料,本案例涉及的材料有4种,包括软件内置的:铝和空气;另外2种电路板和芯片需要额外添加。右键,添加材料,名称电路板,类型选固体,在材料特性中依次输入密度1600,比热容150,导热系数30,确定。
图7 材料选择
c. 同样步骤添加芯片,密度2400,比热容100,导热系数15,点击确定。在实际工程计算中,需要根据自己的材料参数输入对应数据。
图8 材料选择
3.2 计算域设置
a. 这个模型有外壳、空气、以及里面各种发热功率不同的器件,每部分都是一个计算域,我们逐一设置。首先双击AGP-MOLD计算域,类型选固体域,材料选芯片,下一步保持默认,确定。
图9 分配计算域
b. 第二个材料是铝;第三个流体域,材料是空气;
图10 分配计算域
c. 设置边界条件Inlet和Outlet。流体域的进口,空气速度设为2m/s,温度设为293K;出口保持静压出口不变,确定。
图11 Inlet定义
图12 Outlet定义
d. 下一个域board是电路板,类型选固体域,材料选电路板;下一个RIDGE_MOLD是芯片;下面外壳是铝,外壳的外壁面,保持默认的绝热设置。
图13 分配计算域
e. 最后6个域全部是芯片,设置1个后,其余5个可以直接复 制粘贴。
图14 分配计算域
3.3求解参数设置
a. 交界面是软件自动识别的,不需要处理。
图15 交界面设置
b. 在热模型处给刚刚设置的8个芯片的域添加发热功率,它们功率不同,都是现成的客观数据,我们逐一输入软件中。右键插入对象,热源,类型选域,热源位置,第一个AGPmold,功率是20w。接着插入,bridgemold功率是5,DDR1到4,功率都是1w,largeflash是2w,smallflash是0.5w。
图16 热源设置
c. 求解设置保持默认;
图17 求解参数设置
f. 双击 求解> 求解控制 ,最大迭代步数增加到5000步,同时将松弛因子适当调小;
图18 求解控制设置
g. 计算开始之前,可以设置个监控值,比如某个发热元件的最高温度。通过监控值是否稳定,来辅助判断计算是否收敛。在报告表处右键,选择体积分报告中的最大温度,选择其中某一个发热体,应用。
图19 监控设置
4.1 求解计算
选择菜单栏 求解> 求解> 直接求解> 并行4核,开始计算。
图20 运行求解器
图21 选择求解模式
5.1监控曲线
查看残差曲线
图22 残差曲线
5.2数据读取
查看所有元件的最高温度和平均温度,判断是否发生了过热的情况。在报告的体积积分处双击,报告类型选择最大,变量选择温度,依次双击选择各个发热元件,应用,就输出了最高温度。同样,将报告类型改为平均,就能查看平均温度。
图23 流量报告
图24 流量报告
5.3 可视化结果
仿真通常还会关注温度场分布。点击后处理处的云图,对象选择除机箱外壳之外的其余固体,变量选温度,应用,就可看到温度分布情况。设计人员根据此结果,就可对机箱整体的发热和散热情况进行评估并进行优化设计。
图25 温度云图