电子机箱热分析建模与仿真技术研究

论文摘要

随着微电子技术的迅猛发展以及多芯片模块（MCM）和高密度三维组装技术的出现,电子设备的热流密度越来越高。如何科学合理地设计电子设备以满足其热性能的要求,是一个工程界十分关心的问题。本文以数值传热理论为基础,利用工程软件对某电子机箱及其电源模块进行热分析建模与仿真技术研究。论文首先研究了网格交接面连接方式和湍流模型对温度场分布的影响,验证了CFX软件在电子设备热分析中的有效性。建模方面,在对模型进行适当简化的基础上,对典型液冷机箱流道模型干涉现象进行了研究,通过包络体方法建立了适合于热分析的流道模型。热仿真方面,采用专业的网格生成软件ICEM-CFD对流道模型划分全六面体网格,实现网格合并,导入CFX中进行求解。通过对仿真结果的分析,验证了所采取的建模仿真方案的合理性,为进一步进行机箱结构的优化提供了依据,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 电子设备热分析技术发展概况与发展趋势
• 1.2.1 电子设备热分析技术发展概况
• 1.2.2 电子设备热分析技术发展趋势
• 1.3 本文主要工作及章节安排
• 第二章 数值传热理论研究与CFX 软件应用
• 2.1 引言
• 2.2 数值传热理论基础与数值求解方法
• 2.2.1 流体力学基础-N-S 方程
• 2.2.2 数值法求解温度场比较
• 2.2.3 数值法网格划分技术
• 2.3 有限体积法求解温度场
• 2.3.1 积分控制方程的建立
• 2.3.2 方程的离散化
• 2.3.3 方程的线性化
• 2.3.4 方程的求解
• 2.4 ANSYS ICEM-CFD/CFX 软件介绍
• 2.4.1 ANSYS ICEM-CFD 软件介绍
• 2.4.2 ANSYS CFX 软件介绍
• 2.4.3 ANSYS ICEM-CFD/CFX 联合仿真工作流程
• 2.5 CFX 在电子机箱热仿真中的关键问题
• 2.5.1 域交接面连接方式讨论
• 2.5.2 湍流模型的选取
• 2.6 案例分析一：空芯圆柱传导对流的出口温度计算
• 2.6.1 问题描述与解析求解
• 2.6.2 网格划分
• 2.6.3 边界条件设置与求解计算
• 2.6.4 数值求解与解析解的结果对比
• 2.7 案例分析二：湍流模型对温度场分布的影响
• 2.7.1 问题描述
• 2.7.2 网格划分
• 2.7.3 边界条件设置与求解计算
• 2.7.4 后处理与仿真结果分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 电子机箱热分析建模技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 CAD/CAE 热分析模块总体设计
• 3.3 CAD 模型分析简化
• 3.3.1 分析模型的简化原则
• 3.3.2 分析模型的简化方式
• 3.4 CAD 模型中流道生成方法探讨
• 3.4.1 PRO/E 三角化方法在流道模型生成中的应用
• 3.4.2 流道模型生成过程中的干涉现象及处理
• 3.4.3 包络体方法在流道模型生成中的应用
• 3.5 工程案例：电子机箱及其电源模块的模型简化与流道生成
• 3.5.1 电源模块模型简化与流道生成
• 3.5.2 电子机箱模型简化与流道生成
• 3.6 本章小结
• 第四章 电子机箱热仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 风冷冷板热仿真分析
• 4.2.1 冷板的工作原理与结构类型
• 4.2.2 风冷冷板的网格划分与求解
• 4.2.3 后处理与仿真结果分析
• 4.3 电源模块热仿真分析
• 4.3.1 网格划分与求解
• 4.3.2 后处理与仿真结果分析
• 4.4 电子机箱热仿真分析
• 4.4.1 网格划分与求解
• 4.4.2 后处理与仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果