案例演示使用ANSYS Icepak建立射频放大器的散热计算模型。

1 问题描述

射频放大器通常放置于密闭的密封外壳中，电子元器件不与外界空气直接接触，常用的散热方式是在放大器外壳上安装散热器，如下图所示。本案例演示利用强制对流与自然对流计算射频方法器的散热问题。

2 创建新工程

• 启动ANSYS Icepak，弹出如下图所示对话框

• 点击New按钮打开新建工程对话框，如下图所示，指定工作路径及工程名称，点击按钮Create按钮创建工程

注：默认情况下Icepak创建了一个边长1m的立方体计算区域。

3 创建模型

3.1 修改计算域尺寸

• 鼠标双击模型树节点Model → Cabinet，弹出属性设置对话框，进入Geometry标签页，如下图所示，指定计算域尺寸，点击按钮Done完成计算域修改

• 进入Properties标签页，指定Max Y边界为Opening边界

3.2 创建外壳

• 点击工具栏按钮Create enclosures创建对象enclosure.1，双击模型树节点enclosure.1弹出设置对话框

• 进入Geometry标签页，如下图所示设置对象的几何参数

• 进入Properties标签页，如下图所示设置MinX及Max X边界类型为Open

3.3 创建壁面

• 点击工具栏按钮Create walls创建壁面对象wall.1

• 鼠标双击模型树节点wall.1弹出设置对话框，如下图所示，进入Geometry标签页，设置几何参数

采用移动的方式对齐壁面。

• 选中工具栏按钮Morph edges

• 点击按钮后，先选中下图所示的红色边，点击鼠标中键，再点击图中黄色边，点击鼠标中键修改面

相同方式修改其他三条边，最终形成的几何模型如图所示。

• 鼠标双击模型树节点wall.1弹出设置对话框，如下图所示，进入Properties标签页，设置Wall thickness为0.001 m

• 指定Solid material为Polystyrene-rigid-R12，选择External conditions为Heat tranfer coefficient

• 点击Edit按钮打开参数设置对话框

• 如下图欧式是，设置Heat transfer coeff为5 W/K-m2

3.4 创建PCB

• 选择工具栏按钮Create printed circuit boards 创建对象pcb.1

• 鼠标双击模型树节点pcb.1弹出设置对话框，如下图所示，进入Geometry标签页，设置其几何参数

• 进入Properties标签页，如下图所示设置其物理参数，设置完毕后点击按钮Update可查看更新后的导热系数，点击Done按钮关闭对话框

3.5 创建元件

• 点击工具栏按钮Create sources创建热源source.1

• 鼠标双击模型树节点source.1弹出设置对话框，进入Geometry标签页，如下图所示指定几何参数

• 进入Properties标签页，设置Total power为7 W

• 鼠标右键选择模型树节点source.1，点击弹出菜单项Copy打开对象复制对话框

• 如下图所示设置复制参数，点击Apply复制对象

• 完成的模型如下图所示

• 同时选中source.1，source.1.1与source.1.2，点击鼠标右键，选择弹出菜单项Copy打开对象辅助对话框

• 如下图所示设置对象复制参数，点击Apply按钮复制对象

• 完成的几何模型如下图所示

3.6 创建散热片

• 点击工具栏按钮Create heat sinks创建散热片heatsink.1

• 鼠标双击模型树节点heatsink.1弹出设置对话框，进入Geometry标签页，如下图所示指定几何参数

• 进入Properties标签页，如下图所示设置散热片几何参数

完成的几何如图所示。

3.7 创建风扇

本案例从数据库中选择合适的风扇模型。

• 鼠标右键选择模型树节点Libraries，点击弹出菜单项Search fans打开风扇数据库

• 鼠标双击模型树节点source.1弹出设置对话框，进入Geometry标签页，如下图所示指定几何参数

• 进入Physical标签页，激活并设置选项Max fan size为80 mm

• 进入Thermal/flow标签页，设置选项Min flow rate为80 cfm，点击按钮Search从风扇库中搜索对象

• 如下图所示，选择风扇delta.FFB0812_24EHE，点击按钮Create创建风扇

• 鼠标双击模型树节点delta.FFB0812_24EHE打开属性设置对话框，进入Geometry标签页，如下图所示，设置几何参数

完成的模型如下图所示。

3.8 创建装配体

• 如下图所示，选择几何对象，点击鼠标右键，选择弹出菜单项Create → Assembly创建装配体

• 鼠标右键点击模型树节点Model，选择弹出菜单项Create object → Assembly创建装配体

• 利用鼠标将风扇拖拽到新建的装配体中

注：创建装配体的目的是为后面网格划分做准备。

4 生成网格

• 鼠标双击模型树节点assembly.1，弹出设置对话框，激活选项Mesh separately，并设置Slack参数，如下图所示

• 鼠标双击模型树节点assembly.2，弹出设置对话框，激活选项Mesh separately，并设置Slack参数，如下图所示

• 击菜单Model → Generate mesh弹出网格控制对话框

• 如下图所示，设置网格参数，点击按钮Generate…生成计算网格

查看x=0面上网格，如下图所示。

5 设置计算

• 鼠标双击模型树节点Basic settings弹出设置对话框

• 设置参数Number of iterations为150

• 鼠标右键选择模型树节点Problem setup，点击弹出菜单项Problem setup wizard打开设置向导

• 采用默认设置，计算考虑速度、压力与温度

• 激活选项Flow is buoyancy driven考虑自然对流

• 激活选项Use Boussinesq approximation

• 激活选项Set gravitational acceleration，设置重力加速度为Y 方向 -9.81 m/s2

• 激活选项Set flow regime to turbulent采用湍流计算

• 激活湍流模型Zero equation

• 激活选项Ignore heat transfer due to radiation忽略辐射计算

• 不考虑太阳辐射

• 采用稳态计算

• 采用默认设置，点击Done按钮关闭对话框

• 点击菜单Model → Power and temperature limits弹出设置对话框

• 设置Default temperature limit为60 C

6 计算

• 点击菜单项Solve → Run solution弹出设置对话框

• 进入对话框的Results标签页，激活选项Write overview of results when finished，点击按钮Start solution开始计算

7 计算结果

1、速度矢量分布

2、温度分布

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道