机载计算机cpu模块热分析

《机载计算机cpu模块热分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中国计算机学会第九届计算机工程与工艺学术年会机载计算机CPU模块的热分析ThethermalanalysisofCPUmoduleinaircraftcomputer陈祖豪*作者简介：陈祖豪（1959年3月生），男，工程师，研究方向为计算机的抗恶劣环境技术和结构设计。通信地址：200233上海市桂林路418号。Cheng-zu-Hao（华东计算技术研究所，上海200233）（East-ChinaInstituteofComputerTechnology,ShangHai200233）摘要：本文介绍了利用I-D

2、EAS的有限元分析模块ESC对模型进行热分析的方法、过程和结果，通过获得合理的流体分析结果，为优化机箱结构设计和热设计提供了理论依据。Abstract：ThisarticleintroduceshowtouseESCtodothermalanalysisofComputermodule,whichistheFiniteElementAnalysismoduleofI-DEAS,andtheprocessofhowtodoit.Bygettingreasonableresultofhydro-Analysis,

3、wehavemorepowerfulacademicbasisinnextstructure-designandthermal-design.关键字：I-DEAS；建模；ESC；有限元分析Keywords:I-DEAS;MasterModel;ESC;FiniteElementAnalysis1引言机载系统上的计算机采用的是密封式机箱，由于CPU模块上的发热器件较多（图1），决定采用1mm厚的铝板作为散热板，将元器件的热量通过散热板传导至机箱，再通过机箱壁与外界进行散热。为了验证热设计的有效程度，要求分析系统

4、热平衡后机箱以及散热板上的温度及其分布。在本系统中，散热板压紧在发热的电子元器件上，散热板侧面紧贴机箱上的导轨，热量通过散热板传导至机箱，机箱与外界空气之间进行自然散热。机箱尺寸124×194×300,导轨板厚度为10mm,机箱其余四块板厚度为2mm。机箱整体封闭，外界的空气温度为70摄氏度。图1CPU模块上的功率分布情况2分析过程采用I-DEAS中的有限元分析模块ESC（ElectronicSystemCooling）模块对该问题进行分析。在有限元分析过程中：首先建立模型，然后对模型进行网格划分，根据实际情

5、况进行加载，求解，最后对结果进行显示与分析。1.建模（Mastermodeler模块）首先对用于有限元分析的模型进行合理简化。在不影响或少影响分析结果的同时，减少网格划分的数据量，减少计算开支。比如螺纹孔、倒角等特征对计算结果的影响是微乎其微的。其次是尽量使用二维SHELL单元来处理板件以提高运算效率，而不是将板视为三维实体。在本模型中机箱的表面和散热板都用二维SHELL单元来处理。建模如图2所示，建立机箱长方体120×174×296，比实际小是因为机箱的SHELL单元是没有厚度的。长方体的表面处理成机箱板单

6、元，长方体内部是流体空气。在机箱内部建立面90×174来模拟CPU模块,并对该面按元器件尺寸(图1)对应地划分成小区域面,以备加载。在机箱的外面建立400×500×600流体区域即空气。图2模型示意图2.网格划分首先建立材料Aluminium；确定其THERMALCONDUCTIVITY=170然后建立ESC网格划分所需的SHELL单元SHELL_10MM=10mm；代表上下导轨板。SHELL_2MM=2mm；代表四周盖板。SHELL_1MM=1mm；代表模块散热板NULL_SHELL=0mm；用材料Alum

7、inium和SHELL_1MM网格化散热铝板用材料Aluminium和SHELL_10MM网格化机箱上下导轨板用材料Aluminium和SHELL_2MM网格化机箱的前后左右面用材料ESC_AIR和SOLID4对整个流体区域400×500×600（包括机箱内部）进行三维网格划分，网格单元是四面体。整体网格划分如图3所示。图3网格划分示意图3.边界条件加载a)在与图1中的元器件位置一一对应的模型区域内加载4.75w,1.3w,1.2w……。b)在散热板和机箱壳体的SHELL面上分别以FLOWSURFACE加载，

8、使之与定义域内的流体进行模拟对流散热。c)在体400×500×600的表面对环境开放，环境的温度为70摄氏度，重力加速度方向向下。4.求解其过程是一个迭代循环的计算过程，精度达到要求就停止迭代。5.结果显示与分析在求解结束后，调出计算结果在PostProcessing模块中显示。图4.散热板上的温度分布情况由（图4）可见：散热板的中右部温度最高（104摄氏度），靠近机箱的上下两侧导轨板处温度较低（约