液冷模块的热仿真分析

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1、第42卷第1期2012年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVol42No．1Jan．2012液冷模块的热仿真分析赵亮，杨明明，张娅妮，郭建平，白振岳(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710068)摘要：运用基于CFD的热仿真软件No山erm对液冷模块进行了热仿真分析，分别研究了在不同环境温度．不同冷却液流量以厦不同冷却液温度条件下，液冷模块内部温度场的变化规律。仿真分析结果表明．环境温度对液冷模块的温度场影响非常小；液冷模块冷却液流量的增幅与元器件温度

2、的降幅并非正比关系；元器件温度的升幅与冷却液温度的增幅相同。关键词：液冷模块；热分析；温度场；元器件中围分类号：TN206文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)0l·0132-03ThermalSimulationofSomeLiquidCoolingModuleZHAOLiang，YANGMing—ming，ZHANGYa-ni．GUOJian·ping，BAIZhen-yue(Xi’O,UAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，

3、AVlC，Xi7∞710068，China)Abstract：SomeLiquidCoolingModulewasanalysedbyCFDSoftwareFlotherm．Thetemperaturevaria-tionofthemoduleunderdifierentambienttemperature，coolantflowandcoolantinlettemperaturewasstudied．Theresultsshowedthattheinfluenceoftheambienttemper

4、atureisverysmall，theincreasingofthecoolantflowandthereductionofthechiptemperatureisnotadirectproportionrelationandthetem-peratureriseofthechipisthesaIneasthecoolantinlettemperaturerise．Keywords：hquidcoolingmodule；thermalanalysis；temperaturefield；chip引言由

5、于计算机小型化的设计要求，模块中关键元器件的热流密度越来越高，电子设备的过热是电子产品失效的主要原因之一，超过55％的电子器件的失效是由于温度过高引起的⋯，这些关键元器件的过热失效将使整机系统工作的可靠性得不到保证，计算机芯片、航空电子设备、光电器件以及近年来发展迅速的微／纳电子机械系统、生物芯片等都存在类似的广泛而迫切的散热冷却需要”J，本文就影响液冷模块内部温度场分布的三个关键因素——环境温度、冷却液流量以及冷却液温度。运用Flotherm热仿真软件进行热分析，得出液冷模块内部温度场随上述影响因素

6、变化的规律，研究结果对液冷模块的设计具有参考作用。1液冷模块的结构液冷模块主要由液冷板、传导板、PCBI、PCB2以及大量元器件组成，其结构如图1所示。_曩■，．，E_J--uⅢⅢ*fm图l液冷模块结构示意图表1不同环境温度对应的元器件温度基于大功耗模块的热设计原则，功耗大的元件(或电路)采用液冷散热方式阻“，功耗较小的元件(或电路)采用增加散热面积、传导和自然散热的方式m“。PCBl上的大功耗芯片Dl和PCB2上发热量最大的电收稿日期：201l一09一”修订日期：201I一12—20基盒项目：武器装

7、备预研基金项目资助(9140A160608HK61)作者筒介：赵亮(1984一)．男．陕西咸阳人，助理工程师．硕士．主要研究方向为电子设备结构设计。赵亮等：液冷模块的热仿真分析源转换电路(模块)GSl3由液冷板散热，依靠冷却液的流动将热量带走。PCB2上芯片D4的热量主要由传导板传导给液冷板．通过冷却液将其热量带走。关键大功耗元器件参数如表1中所示。2液冷模块的热分析2．1环境温度对液冷模块温度场的影响对比不同环境温度对液冷模块中各个元器件温度影响的差异程度，选择常温20％和环境试验要求的高温70℃两

8、种环境温度，其他边界条件均相同，进行了热仿真研究，仿真结果见表1．环境温度70％时的液冷模块温度场如图2所示。图2环境温度70"C时液冷模块温度场分布从液冷模块的仿真结果来看，当环境温度分别为20℃和70℃时，模块上各个芯片的温差不超过3℃，这表明环境温度对液冷模块上各个芯片的温度影响很小。这是因为液体冷却的换热效率要远远高于自然散热，液冷模块周围的空气对液冷模块上各元器件的温度影响很小。因此在测试液冷模块元器件的温度时，可以将液冷模块各个元器件在常温下