【技术干货】某型号天线流体散热分析

作者：北鲲

电子电器仿真工程师，五年相关工作经验。硕士主修CAE仿真专业，擅长振动分析以及流体散热分析，长期从事CAE软件以及相关理论培训工作。

一、模型简化

将不影响热传递路径的结构特征做适当简化，如：小的倒角、孔、螺柱等。简化后的模型如下图。整体散热路径：点状热源通过热传导到大平面结构，另一侧在热源密集地方增加散热翅片，同时通过风扇进行强制对流散热

图1模型简化图

二、网格划分解析

1.风扇两侧为流体变化快速的地方、网格应进行加密划分；

2.散热翅片两侧流体变化也较为迅速、需要进行加密划分；

3.散热翅片本身翅片间至少三层网格、翅片本身保留两层网格。

 图2风扇进出口网格图

三、风扇以及求解设定

1.风扇设定

风扇作为标准件，可以德尔塔等工业风扇网站进行获取，此外Icepak、Flotherm等商用软件自带各种库文件。图3为轴流风扇设定，其中PQ曲线通过外部.csv进行加载。注意单位转换。

 图三、轴流风扇设定

2.求解设定

(1)湍流模型设定

依据雷诺数、贝克莱数进行流态判定，一般软件会给出，查看message信息。

(2)辐射模型设定

本项目选用自动设定。

(3)环境温度设定

如图4所示，温度设定为55℃，同时在boundary进行设定。

(4)重力方向设定

按照实际进行设定，本项目为Z向。

(5)监测点设定

检测边缘发热点，以及风扇风量。

 

图4求解以及监测点设定

四、收敛分析

经过迭代，残差接近10，同时个监测点温度稳定无波动，认为本次分析收敛。

图5迭代、监测点曲线

五、结果分析

1.温度分析

整体温度分布在65.4℃~82.2℃（如图6），最高温度位于如下图红色框区域内，查看背面（如图7）发现红框对应位置无散热翅片，同时流体也未辐射到该范围，造成温度较高。

图6整体温度云图图7风扇一侧温度云图

2.流体分布分析

整体流迹线图8所示，几乎没有涡流区域，最高峰风速在7m/s左右，如图八，红框处风速很低，造成对流系数很小，造成局部高温。图9为流迹线温度云图更能体现该问题。

图8流迹线云图

图9流迹线温度云图

3.风扇流量分析

通过读取风扇流量、以及静压、换热量（如表1、图10）发现风扇并未在合适的工作点，于是提取了风扇安装位置图（如图11），发现风扇出风面离底部只有5.6mm,而风扇厚度为25mm，这严重影响了风扇的最大出风量。

表1流迹线温度云图

图10流迹线温度云图

图11风扇安装位置图

六、优化建议

1、抬高风扇位置，至少保证一个风扇厚度的余量，使得风扇增大，更好的去进行对流换热。

2、对高温红框处增加散热翅片设计，增大换热面积。

3、优化风扇周围的流到，适当增加绕流使得风带走更多的热。

4、优化进风口开孔率。

5、优化出风口位置。