基于ansys的环形器散热分析研究

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1、基于ANSYS的环形器散热分析研究【摘要】通过对系列尺寸散热片进行比较验证，基于ANSYS数值模型分析，得到波导环形器散热片的基础性设计参数。通过对散热片的研究得到以下结论：1）散热片厚度与通道换热性能密切相关，在散热片间距h=6时，散热片壁厚t=1时，散热性能越好；2）散热器换热性能与散热片间距占整个通道的百分比有关，占空比越小，换热性能越好，在占空比为50%时性能达到最好。【关键词】散热；ANSYS；环形器引言波导环形器应用在大功率微波天线上，主要用于收发隔离。波导环形器在工作时会产生大量的热，当温度过高时，中心铁氧体材料的磁导率会下降从而影响其性能，随着功率的

2、提高，环形器的散热问题也越来越突出。本文对环形器散热问题进行研究，利用ANSYS仿真分析，主要研究散热片厚度t和散热片间距h对散热能力的影响。环形器的散热片通过两种方式散热，对流散热和辐射散热。由于辐射散热占总散热量的百分比较小[1]，一般在设计时主要考虑对流散热。1、模型建立4波导环形器结构如图1所示，环形器中有铁氧体材料作为介质，外围波导和散热片均为铝。在UG中建立波导环形器的实体模型，散热器外围体积100×100×80mm，散热片参数化设计有两个变量t和h，t是散热片厚度，h是散热片间距。2、有限元模型与边界条件环形器散热片材料是铝，密度=2770Kg/m3，

3、比热容c=875J/（Kg・K），导热系数=150W/（m・K），中心铁氧体材料密度=4800Kg/m3，比热容c=600J/（Kg・K），导热系数=5W/（mK），散热片工作环境温度T=60℃，散热片与空气的自然对流系数h=5W/（m2/K）。主要分析步骤：1、在ANSYSworkbench中设定材料参数；2、将UG实体模型转化成.x_t格式文件导入ANSYSworkbench中；3、在ANSYSworkbench中划分有限元网格；4、在workbench中设定边界条件，环境温度等参数；5、求解计算；6、修改变量参数，执行3-5步。有限元模型如图2所示，选择散热片

4、上所有与空气接触的面设定自然对流系数为5W/（m2/K），同时换算出中心铁氧体发热源的发热量为多少3.2×106W/m3。以t=4，h=6的模型为例，模型共划分37387个节点，18080个单元。3、结果分析43.1散热片间距相同，散热片片厚不同散热片间距h=6mm时，取散热片厚度t分别为1mm，2mm，3mm，4mm得到如表1所示结果。由于铁氧体材料导热性能较差，温度最高点都集中在中心铁氧体材料上，温度最低点主要在散热器最外边缘处。随着散热片厚度的增加，散热器的散热能力有所下降，铁氧体上的温度由87.845度上升到92.202度。说明在散热片间距相同的情况下，增加

5、散热片厚度影响散热器的散热能力。3.2散热片间距与片厚之和不变该假设情况下主要考虑散热通道占空比对散热性能的影响，保证t+h=10mm，改变t和h的值得到如表2所示结果。温度最高点集中在中心铁氧体材料上，温度最低点在散热器外围边缘上。当通道占空比增加时，铁氧体上温度由91.476度上升到95.567度。说明在t+h为定值时，增加占空比将导致散热能力下降。4、结论由上述数值模型仿真计算可得出以下结论：1）散热片厚度与通道换热性能密切相关，散热片越薄，散热性能越好，当散热片间距h=6mm，散热片厚度t=1mm时，环形器温升27.845度，散热效果最好；42）散热器换热性

6、能与散热片之间通道占空比有关，占空比越小，换热性能越好，当散热片间距h=5mm，散热片厚度t=5mm时，环形器温升31.476度，散热效果最好。参考文献[1]陈品，吴兆华，黄红艳等.LTCC中埋置大功率芯片散热的三维有限元分析[J].电子与封装，2011.3.[2]刑菲，林吉靓.基于ANSYS的CPU散热片的散热及温度场分析[J].机械工程师，2010.5.[3]徐尚龙，秦杰，胡广新.芯片冷却用微通道散热结构热流耦合场数值研究[J].中国机械工程，2011.12.4