机载电子系统散热仿真分析与优化设计

发布时间：2018-09-13 06:12

【摘要】：电子技术的发展日新月异,电子设备的功能正变得越来越强大。随着芯片集成度增加,体积变小,其热流密度也越来越大。当电子系统所处的工作环境的温度每增加10℃,设备的失效率也将增加一个数量级,系统运行的稳定性和寿命与散热效率直接相关。因此,良好的电子设备散热结构成为提高设备可靠性的关键。本论文研究的对象为机载密闭电子设备,机箱内部完全密封,内部的温度主要靠热传导传至机箱侧壁,再通过散热器将热量散发到周围的环境中。在传热学和气体动力学的基础上对机箱的散热结构进行设计和优化,提高系统的散热性能。本论文主要的研究内容包括以下几个方面:(1)基于FLOTHERM热仿真软件建立机箱系统结构的虚拟模型,并对模型的仿真结果进行分析,最后通过高低温湿热试验箱对电子设备的工作性能进行测试验证。(2)通过对机箱的散热器进行理论计算和分析,确定目标函数和需要优化的参数。基于复合形优化算法的基本原理,对散热器的肋片数量和肋片高度进行优化,优化后机箱的峰值温度比初始设计的峰值温度降低了7.6%。通过试验对优化结果进行验证,实验数据证明了优化设计的有效性和可行性。(3)通过对电子设备的仿真结果进行分析,得知电源模块和计算处理模块产生的热量对整个系统的影响最大。基于实验设计原理(DOE)对这两个模块的PCB上的元器件位置进行优化,从而得出芯片的布局规律,该研究将为设计师在进行元件布局设计时提供参考。(4)对于系统温度比较集中的区域进行结构改进,对机箱的上下盖板进行风道结构设计。首先,利用FLOTHERM软件的Command Center模块对风道的长度和风道数量进行优化。然后,对风道突然扩张的管道部分进行了结构改进,经过理论分析和计算,得到改进前的局部能量损失比改进后的大。最后,通过对改进前后的风道结构内的气流压力和气流速度进行仿真分析,验证了计算结果的正确性,并且得到了风道内的气流速度和气流压力的变化曲线。优化后的结构有利于冷却气体的流动,这将提高机箱的散热效率。本论文所研究的内容具有一定的实用性,可以为其它电子设备的样机散热结构设计提供一定的经验参考,从而缩短产品的研发周期。
[Abstract]:With the rapid development of electronic technology, the function of electronic equipment is becoming more and more powerful. With the increase of chip integration, the heat flux becomes larger and larger. When the temperature of the working environment of the electronic system increases by 10 鈩，

本文编号：2240315