王勐++高薇

摘 要 以覆蓋整體上蓋散熱片的典型CPCI計算機主板為例，在自然通風(fēng)散熱方式的情況下，使用迭代法計算散熱片的散熱效果，并比對有限元分析法的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】散熱片 熱設(shè)計 迭代法 熱仿真

1 引言

CPCI主板如安裝在強迫風(fēng)冷或自然通風(fēng)散熱的機箱內(nèi)，一般選擇整體上蓋結(jié)構(gòu)進行主板加固，安裝模塊時無需輔助零件、通用性較強，可用于標(biāo)準(zhǔn)6UCPCI商用、工控和其他特種計算機。本文基于牛頓冷卻對流方程，使用迭代法計算整體上蓋散熱片的散熱效果，并在最后給出有限元分析法的結(jié)果作為對比。

2 結(jié)構(gòu)形式

散熱片的具體結(jié)構(gòu)為設(shè)計一塊整體上蓋覆蓋在主板上，并通過兩側(cè)和中心的螺釘固定牢固，以增加主板整體剛度。主板上主要發(fā)熱元件（CPU、網(wǎng)絡(luò)控制器）通過局部散熱片（上蓋的一部分）散熱，其他發(fā)熱元件直接通過自然通風(fēng)散熱。主板前面板高度為6HP。模塊整體結(jié)構(gòu)尺寸為233.35×175.84×30mm（不含助拔器），如圖1所示。

整體上蓋的中部為局部散熱片，散熱片下部設(shè)有對應(yīng)主要發(fā)熱器件（CPU、網(wǎng)絡(luò)控制器）的局部導(dǎo)熱塊，使發(fā)熱器件上的熱量經(jīng)過散熱片的散發(fā)到空氣中。整體上蓋其他部分為鏤空的框架結(jié)構(gòu)，以方便空氣的流通，其外形尺寸為227×149×22mm，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 熱功耗統(tǒng)計

CPCI主板上的主要發(fā)熱元件的熱功耗如表1所示（均選取合理的假定值），合計主板總熱功耗為5.53W。

4 散熱計算

5 有限元分析結(jié)果

使用ANSYS中的Icepak模塊對CPCI主板散熱片進行熱仿真。建立熱力學(xué)模型并且劃分網(wǎng)格，環(huán)境空氣溫度設(shè)為65℃（模擬機箱內(nèi)環(huán)境），壓力為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，熱模型流態(tài)為湍流。經(jīng)Icepak計算求解，得出具體結(jié)果如圖4、5所示。

經(jīng)Icepak仿真計算，CPCI主板主要器件仿真溫度如下：CPU的工作溫度TCPU=69.83℃，網(wǎng)絡(luò)控制器的工作溫度Tw=69.43℃，與上節(jié)公式計算結(jié)果相近。

6 總結(jié)

由于公式計算簡化了其他發(fā)熱元件（內(nèi)存、硬盤等）、整體上蓋其他部分（除散熱片外）、PCB印制板等散熱因素，所以計算結(jié)果與熱仿真結(jié)果有一定誤差。隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，越來越多設(shè)計人員直接使用有限元分析進行電子產(chǎn)品的熱設(shè)計，但傳統(tǒng)工程公式的計算方法作為熱設(shè)計的基礎(chǔ)，對有限元分析中邊界條件設(shè)置、參數(shù)選擇、熱模型簡化和原理性知識的學(xué)習(xí)等仍然具有重要意義。

參考文獻

[1]D.S.斯坦伯格.電子設(shè)備冷卻技術(shù)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1989（10）.

[2]王永康.ANSYS Icepak電子散熱基礎(chǔ)教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2015（01）.

作者簡介

王勐（1975-），男，北京市人。現(xiàn)為中國電子科技集團公司第十五研究所工程師。主要研究方向為計算機技術(shù)應(yīng)用及環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。

高薇（1983-），女，北京市人?，F(xiàn)為中國電子科技集團公司第十五研究所工程師。主要研究方向為計算機技術(shù)應(yīng)用及環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。

作者單位

中國電子科技集團公司第十五研究所 北京市 100083