工程设计热设计仿真研究

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摘要：电子元器件性能的不断优化，对设备的热可靠性提出了更高的要求。在此背景下，为了保持设备及其内部器件良好的应用效果，需要加强工程设计中的热设计仿真分析。且在了解Icepak软件功能特性及热设计仿真流程的基础上，将相应的分析工作落到实处，从而得到所需的热设计仿真成果。基于此，本文就工程设计中的热设计仿真展开论述。

关键词：工程设计；Icepak软件；热设计；仿真；电子元器件

对于电子元器件而言，影响其可靠性指标的一个重要因素是元器件的工作温度。注重工程设计中的热设计仿真分析，积极开展相应的分析工作，有利于得到理想的热设计仿真结果，从而为内部器件及设备性能优化提供保障，延长它们的使用寿命。因此，需要对Icepak软件有着一定的了解，设置好工程设计中的热设计仿真流程，使得不同电子元器件及设备的潜在应用价值得以不断提升，给予它们的热可靠性增强科学保障。

1Icepak软件简介

作为一种面向电子产品的热分析软件，Icepak软件在实践应用中取得了良好的效果，有利于减少电子产品热设计仿真分析中的计算量，其市场应用前景良好。同时，Icepak软件在实践中能够对封装级、系统级等不同类型的问题进行分析与处理，确保电子产品热分析有效性。除此之外，Icepak软件还具备了以下技术特点：（1）建立模型速度快，能够借助既有模型库的应用优势，对不同几何模型电子产品所要求解的问题进行快速处理，增强问题处理中模型的实践应用效果；（2）该软件具有良好的自动化非结构网络生成能力，有利于提高电子产品模型精度，并减少相应的网格数量，确保实践中的计算工作高效性；（3）Icepak软件应用的模型构建适用性良好，有利于实现应用价值大的热辐射模型构建，从而解决电子元器件相关的稳态、瞬态等问题。同时，在其强大的解算及可视化后置处理功能的支持下，有利于得到理想的热分析仿真结果。因此，在工程设计中进行热分析仿真研究时，应重视Icepak软件的使用。

2热设计仿真流程

2.1提出问题。某种设备在实践应用中为了满足生产计划实施的要求，会在其内部安装多个大功率器件。由于这些内部器件的集成化程度较高，可能会产生较为明显的发热问题。因此，需要重视设备热设计方式的合理性，确保设备及内部器件能够在高温条件下正常工作，并实现对设备加工成本的科学控制。同时，在设备内部器件设计的过程中，需要对器件的尺寸、规格进行考量，并了解该设备内部在工作过程中电源、功放及滤波器的发热情况，使所需的热设计仿真工作开展更具针对性，全面提升工程设计工作水平。2.2建立模型。在Icepak软件的支持下，对设备中的内部器件热可靠性进行综合评估时，需要建立相应的模型。在其模型建立的过程中，应做到：（1）将自然冷却方式视为设备内部器件的散热方式，进而开展电子元器件所需的热设计工作，确定其设计过程中的散热方案。（2）将大面积翅片散热器安装在设备机箱外侧底面，即功放底盘的底部；在电源底部设置性能可靠的翅片散热器，并根据设备的实际情况，确定散热器的尺寸规格；在此期间，需要借助Icepak软件的优势，用其模型库中所包含的各种命令，如cabinet/wall/block/等，实现计算域/机箱/电源等器件的尺寸规格设置，确保相应模型建立的有效性。（3）将热源加在电源及功放中，并结合滤波器的耗热、散热情况，实现模型简化处理，同时加快计算速度，为后续热分析仿真处理工作的顺利开展打下坚实的基础。此外，为了缩短模型应用时的计算时间，需要注重Icepak软件作用下计算域cabinet的合理设定，以增强模型的实践应用效果。实践中翅片散热器加入前的Icepak模型示意图如图1所示。2.3加载初始与边界条件。当模型建立工作完成后，需要在与之相关的参数面板中加载初始与边界条件。这些条件包括：（1）气流的选择，包括稳态和紊流。稳态即流体达到热平衡的状态，Icepak模型为一种稳态模型。流体自然对流有两种不同的流态，即层流和紊流，通常选择紊流边界条件，在随后的计算中，会验证和校正此条件。（2）将空气视为流体，并选用性能可靠的机箱材料，充分考虑热辐射、重力对设备及内部器件性能的影响。（3）结合实际情况，设置好相应的温度，即设备正常工作时的最高环境温度。同时，应考虑电源、功放耗散热大小，根据器件说明书获得相应的数据。2.4生成网络。由于模型中无特殊形状（如曲面等），直接建立结构化网格即可。一般情况下，软件会根据模型尺寸给出最大网格尺寸，并在此基础上，对功放、电源、散热器这些关键部位做细化网格（Nomal命令）处理，以提高求解精度。设置完成后，应注重生成网络命令的执行，并通过软件的提示作用，确定热分析仿真过程中所生成的网格数量。在此期间，若软件中的网格数量较大，则会加大后期的计算量，影响计算效率的同时难以保证器件热分析过程中的计算精度。针对这种情况，需要将“assembly”加入到电源、功放热分析的过程中，并采用结构化非连续方式进行有效设置，从而达到网格数目减少的目的。实践中若能将这些举措实施到位，则有利于生成网络，满足器件热分析仿真处理要求。2.5计算结果。通过有效利用Icepak软件，采用迭代法进行计算，可在计算机网络三维空间中获取模型参差曲线，结合该曲线的收敛情况，可获得相应的计算结果。实践中进行工程设计时，需要根据设备中不同器件的实际情况，对它们进行热分析仿真处理，得到所需的计算结果。同时，该热分析软件在应用中可在视图形式下输出器件的热分析结果，并在可视化与后处理功能的支持下，得到器件及设备相应的温度分布云图及风速图，进而了解器件及机箱内的温度分布及空气流动情况。在具体分析的过程中，若电源、滤波器、功放的温度未能达到相应的指标要求，则需要制定出改进方案，对散热器翅片尺寸进行合理设置，必要时可在设备机箱内加设风扇。当软件作用下模型分析计算中的参差曲线收敛后，为了得到所需的计算结果，则需要将此时的器件温度分布云图、风速切面图提取出来，观察设备中各元器件的最高温度是否处于指标要求范围内，从而增强改进方案适用性，并提升计算结果的潜在应用价值。除此之外，相关人员需要在器件分析仿真计算结果的支持下，对工程设计方案是否合理进行科学评估，确保该方案在实践应用中能够达到预期效果。在提升热分析软件实践应用水平的基础上，满足电子元器件性能优化的要求。当器件热分析仿真计算结果得到充分利用后，则有利于提高器件发热问题处理效率，确保其运行工况良好性，提升工程设计水平。

3结论

现阶段，在电子元器件应用范围不断扩大的过程中，与之相关的内部器件发热问题能否得到科学处理，关系着设备的实践应用效果及使用年限。因此，需要在工程设计中加强热分析软件的使用，并确定相应的热设计仿真流程，使得设备性能可靠性得以增强，最大限度地满足相关生产计划的实施要求。与此同时，应对工程设计中的热设计仿真效果进行科学评估，以便实现对热分析软件的高效利用，并优化设备热设计仿真分析方面的工作方式。

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作者:金伟龙 单位:中电科天之星激光技术（上海）有限公司