FloEFD风冷机箱主动散热案例仿真分析

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了一个电子机箱的散热仿真模型建立过程。首先，对模型进行了简化，包括风扇、开口板、各向异性PCB定义、芯片材料定义等。然后，在STP模型中创建封闭端盖，调整计算域，定义固体材料，设置边界条件，定义风扇，定义热源，定义辐射表面，定义接触热阻，定义目标，定义网格。最后，进行求解计算，得到CPU和变压器的温度，并进行了流动迹线分析。通过仿真结果，可以优化机箱散热设计，例如增加CPU散热器底板厚度、调整电容位置等。

一、问题描述

如下，一个电子机箱，机箱外壳四周四个面封闭，一侧有风扇开口，另一侧为出风口，主要结构包含轴流风扇、变压器、CPU、IC芯片、电容、TO芯片等，以上电子元器件固定在PCB板上，PCB再固定在机箱外壳上。此问题涉及到风扇的简化、风扇的定义、开口板的简化、各向异性PCB定义、芯片材料定义等。

二、建立模型

1、模型准备

打开STP模型，已经把螺钉、非发热元器件等不必要的零部件删除。去除详细风扇模型，在风扇位置处创建封闭端盖，以便后面定义风扇。为了减少网格，针对开口板进行简化，把开口板上的孔拉伸去除，以便后面定义打孔板。PCB使用软件的印刷电路板功能简化。 

2、检查模型

针对准备好的模型，使用【检查模型】进行检查，显示状态成功，模型正常。

3、创建项目

4、调整计算域

除了风扇出风口流出1倍机箱宽度外，其他五各方向都按照对应方向上0.5倍机箱宽度。 

5、定义固体材料

对模型中各个零部件进行材料赋予：

6、定义边界条件

开口板直接与大气连接，设置其边界条件为环境压力。 

7、定义风扇

选择封闭端盖的内表面指定为外部出口风扇，由于该风扇工程库里没有，需要根据如下的PQ曲线的创建一个新的风扇。首先在项目属性页中，定义风扇的类型、直径、转速等信息，然后在表和数据页定义PQ曲线。

8、定义热源

9、定义辐射表面

针对各零部件设置辐射系数：

10、定义接触热阻

由于CPU与散热器表面不平整，需要增加导热硅脂来填充缝隙。定义CPU与散热器接触的面定义接触热阻。 

11、定义目标

由于CPU的温度和变压器的温度是散热设计的关键，所以把其设置为目标，且用于控制目标收敛。 

12、定义网格

先设置全局网格，采用自动网格划分，细化等级为4，再针对所有的电子元器件和PCB进行局部网格划分。 

三、求解计算

在正式求解之前，首先划分网格，根据网格的结果再调考虑局部网格划分设置是否合理。网格划分判断没问题后，再进行求解。 

四、仿真结果

1、切面云图

CPU的温度85℃

变压器的温度为79℃

2、表面云图

3、流动迹线 

五、小结

通过以上一个典型的风冷机箱案例，展示被动散热仿真模型的建立过程。得到了的CPU的温度以及变压器的温度，但总体温度还是偏高，还有很大的优化空间，比如，增加CPU散热器底板厚度、筋的高度甚至可以嵌铜，变压器的方向转动90°，调整电容的位置等。