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現(xiàn)代機(jī)（彈）載電子設(shè)備由于受條件限制，都要求重量輕、體積小。另外，為了提高電子產(chǎn)品的工作性能，其功率往往很大，也就是說電子元器件的發(fā)熱量非常大，一般電子元器件的正常工作溫度要求低于100°C。根據(jù)美國空軍的統(tǒng)計(jì)，在機(jī)（彈）載電子設(shè)備失效的原因中，有超過50%是由于溫度引起的，因此電子產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)是電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的最主要內(nèi)容。

圖7-1散熱冷板上的溫度分布圖7-2冷卻水的流線圖
 

機(jī)（彈）載電子產(chǎn)品的冷卻可采用循環(huán)水冷（二次冷卻）和風(fēng)冷，而風(fēng)冷又有自然風(fēng)冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷。

圖7-1、7-2采用ANSYS CFX對某機(jī)載電子產(chǎn)品進(jìn)行水冷分析，圖示為散熱冷板上的溫度分布和冷卻水的流線圖。

圖7-3 采用ANSYS CFX對某機(jī)載電子產(chǎn)品冷卻方案進(jìn)行流場分析，

發(fā)現(xiàn)了原設(shè)計(jì)中的問題，并進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)
 

傳統(tǒng)的機(jī)（彈）載電子產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主，根據(jù)機(jī)（彈）載電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)手冊，利用半經(jīng)驗(yàn)、半解析的估算公式確定冷卻方式、流量（壓差）及流道，然后制造相應(yīng)的1：1模型進(jìn)行測試驗(yàn)證。這種熱設(shè)計(jì)的成功率主要取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，由于試驗(yàn)驗(yàn)證成本高、周期長，設(shè)計(jì)者只能選取少數(shù)幾種自己認(rèn)為最可行的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試驗(yàn)，從而可能疏漏了更好的設(shè)計(jì)方案。另外，如果測試驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的問題，回過來重新更改設(shè)計(jì)，再測試驗(yàn)證，這樣的設(shè)計(jì)周期就更長，這與激烈的市場競爭不相適應(yīng)。

計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的提高為機(jī)（彈）載電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)的數(shù)值仿真提供了保障。ANSYS CFX流體分析功能就是利用基于有限元的有限體積法求解三維湍流Navier-Stokes方程。ANSYS CFX是熱、流耦合計(jì)算軟件，在流體單元中求解質(zhì)量、動量、能量方程，而同時(shí)在固體單元中耦合求解能量方程，由此可得出流場中的速度、壓力、溫度分布，固體中的溫度分布，同時(shí)可得出流、固表面的對流換熱系數(shù)（圖7-4）和熱流密度。

圖7-4 散熱齒表面的對流換熱系數(shù)分布圖7-5機(jī)箱內(nèi)外表面對流換熱系數(shù)分布
 

圖7-5采用ANSYS CFX對某機(jī)載電子設(shè)備機(jī)箱進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷分析，圖示結(jié)果為機(jī)箱內(nèi)外表面的對流換熱系數(shù)分布。

機(jī)（彈）載電子產(chǎn)品的冷卻效率取決于流、固表面對流換熱系數(shù)的大小，因此熱設(shè)計(jì)仿真分析的最主要任務(wù)是準(zhǔn)確求解對流換熱系數(shù)。對流換熱系數(shù)的大小與近壁面的流體溫度分布梯度成正比，而近壁面的流體溫度分布梯度與近壁面的流體速度分布有關(guān)，因此，要得到準(zhǔn)確的對流換熱系數(shù)，必須精確求解流體速度分布，尤其是近壁面附面層內(nèi)的速度分布。八十年代末九十年代初，由于受計(jì)算機(jī)速度的限制，直接求解三維復(fù)雜流場的湍流Navier-Stokes方程從而得到準(zhǔn)確的流體速度分布幾乎是不可能，因此發(fā)展了一些半經(jīng)驗(yàn)、半解析的電子系統(tǒng)冷卻分析軟件，這些分析中的流體剖面速度分布是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定的解析式，對于簡單流場，這樣的解析表達(dá)式能較好地符合，而對于真實(shí)復(fù)雜流場，誤差較大。ANSYS CFX通過直接求解三維湍流Navier-Stokes方程來得到準(zhǔn)確的流體速度分布，從而能準(zhǔn)確給出對流換熱系數(shù)。