风冷环控（强迫风冷）机箱热模拟计算案例（Icepak）

摘要：采用风冷环控方式的中小型电子设备，强迫风冷是最常见的形式。本文以传统强迫风冷机箱为例，从对模型的处理、边界条件的设定到模拟计算的后处理，进行整个计算的全流程示例，让读者对整个机箱计算的方式实现整体的了解。

1.三维模型的导入

热设计的模型设计输入一般的来源于结构工程师，根据结构设计模型以及边界条件，开展热仿真计算。打开Ansys Workbench 平台，建立Geometry 单元，打开Workbench 的模型处理模块DM，后导入机箱模型，如下图1所示。

读取的模型文件对于icepak热计算一般的不可以直接识别使用，通过DM模块中的工具将CAD三维模型转化为可供icepak识别的类型。Electronics工具提供了可供对CAD模型转化为icepak可识别类型的方式，并可选择性的在窗口中显示。通过左侧零件树中各个零件的显示状态，同样可判断CAD三维模型的转化情况。本例通过转化工具，对三维模型中的发热器件、PCB板、散热器、机箱外壳等均进行了转化。

2.边界条件的设定、画网格

在Workbench界添加Icepak模块，共享Geometry数据，打开Icepak后首先建立发热器件的新材料，本例设定材料为固体材料且导热系数为12W/mk；

同时，设定PCB板参数，PCB板的设定，Icepak提供了两种参数输入方式：第一种是仅设定三层参数（第一层、最底层、中间层），通过对三层的厚度、含铜率、材料等参数设定，获得板子的切向及法向热导率；第二种是详细设定，对PCB板各个铺层的厚度、含铜率、材料等参数设定，获得板子的切向及法向热导率，设定更加的准确精细。如图下图所示。

器件热耗输入，通过对各个发热器件的编辑，可获得整个机箱发热器件的热量统计。

同时，使用外壳开口模拟强迫风冷，设定进风口风速为1m/s。

对于本例较为简易模型，使用软件中的非结构化网格（Hexa unstructure），并自动生成（后续文章会更新Icepak网格划分工具详细教程）。获得217874个网格单元。对于生成的网格质量，Icepak有自身的质量检测标准（面对齐率、扭曲比等），后续文章会对网格此检测标准做详细介绍。

3.计算求解与后处理

计算求解前设定求解环境。Basic parameters 基本参数设定面板，关闭辐射换热（一般的机箱类电子产品无需考虑辐射换热），设定环境温度为20℃。Basic setting面板，可调整最大迭代步骤。

在求解过程中，我们通常会关注部分器件的温度（或者是压力、速度），拖动器件到Point模型树下，Icepak会自动监测器件的中心温度，同时可手动更改监控点的坐标、监控参数等。

点击求解器中的求解按钮，待残差曲线收敛，监控点曲线稳定后，计算完成后退出。

计算完成后，使用Plant cut 面板，可查看切面温度云图；使用体后处理命令可以显示所有需要显示温度的器件。

图示中，整个机箱最高温度出现在靠近出风口的发热器件，75.82℃。

Icepak在后处理提供了统计面板功能（Summary report），后处理时可根据需求选择器件，在统计面板中设定需要统计的变量，形成统计数据报告表格。

4.总结

本例通过对简易发热机箱的设定、计算，获得了在强迫风冷下机箱内部发热器件的最高温度，展现了Icepak热仿真计算的整体流程，供学习参考。