基于solidworks功能测试设备的散热仿真及设计优化 张世光
【期刊名称】《《电子测试》》
【年(卷),期】2019(000)019
光纤环网
【总页数】2页(P104-105)
【关键词】tilera功能测试设备; solidworksflowsimulation; 散热性
【作 者】张世光
【作者单位】珠海市精实测控技术有限公司 广东珠海 519180
【正文语种】中 文
0 引言
功能测试设备主要检验电子主板功能的好与坏，测试中主板达到最大功耗，主板温度急剧上升，如何解决好功能测试设备散热性同时保证被测主板散热性成为功能测试设备设计的重要问题之一。散热性是电子设备的重要指标，在传统设计中，设计师依靠经验设计样机，并通过试验和测试发现设计问题和缺点，造成人力、物力和财力的浪费，导致漫长的研制周期［1］。随着计算机快速发展，热仿真软件可以使设计师在设计阶段评估设备散热性能、改善薄弱环节［2］。Solidworks软件可以实现3D模型建造，有限元分析、流体模拟等过程的无缝连接，操作简单，结果精确，在工程研发和机械设计中具有广阔的应用前景［3］。本文通过Solidworks建立功能测试设备模型和简化三维模型，利用SolidworksFlow simulation模拟散热仿真，优化设备的结构，得到最优设计，而后通过现场验证其可行性和准确性，为后续同类设备提供有效参考。 1 功能测试设备仿真分析
运用soildworks建立功能测试设备原始模型如图1所示。设备结构非常复杂，保罗特征非常多，为提高仿真速度，将模型进行简化，简化成如图1所示的功能测试设备仿真模型，然后利用solidworks flow simulation插件对其进行散热分析，分析主要热源具体位置和热源的散 大功率控制器热温度以及冷却风的运动轨迹等。根据分析结果和客户要求被测产品所承受最高温度（80℃）相结合，对初始模型中发热较为严重的区域进行设计优化，然后对比分析和实际验证。
低频声波吹灰器图1 功能测试设备初始模型和仿真模型
1.1 仿真模型及描述
如图1所示，外罩是由冷板烤漆构成，内部是由多个金属与非金属零部件组成的运动与支撑机构。在图1中，1为设备为冷却风机，2为设备的通风口与放置产品的托盘进出口。仿真模型各个零部件材料属性如表1所示。设备冷却风机选用了TKFAN品牌，型号分别为DA6025LH24B-AY、DA12025H24B-BY,尺寸分别为60*60*25、120*120*25，数量分别为2PCS和8PCS。电子主板测试基本处于保密车间温度和适度恒定常温状态下，其中被测产品主板达到最高性能的最高功耗为18W左右。
1.2 仿真分析
根据上述内容，设置仿真类型、流体类型、环境、热源、风机以及进出口边界等参数，以
被测产品最高功耗的元件平均温度作为收敛条件进行稳态分析，根据空间区域的尺寸以及研究对象划分网格的大小，点击计算进行求解。仿真温度等高线切面云图以及风机温度流动轨迹图如图2所示。
表1 仿真模型各个零部件材料属性名称 材料 导热系数（W/mk） 密度(kg/m^3)主体框架以及支撑零部件 铝合金 190 2800散热块 紫铜 386 8950
图2 温度等高线切面云图及风机温度流动轨迹图
通过分析结果可以直观看出，经过176次迭代达到稳态，通过温度等高线切面云图可以看出，较高的区域集中在产品的芯片部位，其温度高达225.5℃左右，设备内部温度基本上维持在30℃左右；通过冷却风机流动轨迹图可看出，设备冷却风扇流动没有产品芯片位置，设备中的风扇只能保证设备整体的散热性，但无法满足被测产品中的高功耗的元件的散热，严重影响了被测产品的功能。
2 结构优化设计及仿真
根据分析结果，在被测产品芯片上方增加散热片以及散热翅片，在散热翅片加上台达的冷
却风机增加空气流动，加速热量的挥发。其结构如图3所示，1为导热片,选用美国品牌Indium，型号HSK,尺寸为50.8*50.8*0.254mm,材料为铟；2为散热翅片，选用紫铜材料，3为台达风机，型号为FF0424VHN,尺寸为40*40*28，其余均为辅助压紧零部件。根据优化的结构，在仿真模拟中增加相应的边界参数以及材料参数，再次进行仿真分析，优化后仿真温度等高线切面云图以及风机温度流动轨迹图如图4所示。
图3 增加散热模块后的压板结构
图4 优化后的温度等高线切面云图及风机温度流动轨迹图
3 仿真对比分析
从优化后结果可以看出，设备以及被测产品的平均温度在54℃左右，能够满足客户的需求，从风机温度流动轨迹图可以看出，增加散热模块有效地提高了芯片位置局部温度高的散热性，并且保护了芯片的性能。为了验证优化设计的效果，把散热模块加在样机中，进行了现场验证，实际测量芯片区域的温度为60℃左右，证明了仿真结果具有有效的指导设计的意义。
彩钢管
4 结论
本文通过使用solidworks软件进行对功能测试设备初始模型和改进后的模型进行仿真分析，改进后的模型主要在相关高温区域增加散热模块，散热模块主要分为导热片、紫铜散热翅片和冷却风机等，同时该散热模块可以根据产品芯片外形的大小进行相应的改进。对比仿真结果可看出，增加散热模块的结构在设备散热以及被测产品散热方面起到了明显的效果，有效地降低了芯片局部高温的现象，并且这一优化在实际验证中，得到了与仿真计算相似的结果，由此证明该仿真模拟的合理性，为后续同类设备的设计奠定了理论基础。
参考文献
【相关文献】
[1]卢锡铭.电子设备热仿真及热测试技术研究［J］．舰船电子对抗，2013，36(3):118-120．
pam加药[2]马建章,何新文.基于SolidWorks Simulation 的主板散热设计[J].无线电工程,2018,48(2):163-166．
[3]陈永当，鲍志强，任慧娟等．基于SolidWorks Simulation的产品设计有限元分析［J］．计算机技术与发展,2012,22(9):177-180．
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