卡口机的热分析和散热结构优化设计

摘要

现在电子产品结构设计越来越紧凑，体积越来越小，相应的高功率器件的合理布局、有效散热和可靠性热设计成为影响产品合格与否的关键因素，因此对电子产品进行热设计和分析，成为一个可靠性研究方面的重要课题。
　　本论文的设计工作来源于公司与公安局合作的“公安局城市治安综合防控平台”项目，作者承担的是对其中一款设备“卡口机”的主板进行散热分析，确保主板及器件的合理布局，热流通道通畅的优化设计。
　　本设备应用在政府机关、城市卡口、城市出入口等场合，有的工作场合比较恶劣，比如高速公路，港口，码头等，夏天太阳直射，高温，高湿，盐雾或工业气体污染等严重影响设备的可靠性和寿命，受工作台尺寸的限制，要求主板、二代证、触摸显示屏等高热器件集中在有限的体积内，所以热设计与设备本身的防护设计成为一个需要解决的问题。
　　本文从设备所用主板上的热源（CPU和南桥芯片）出发，根据封装后元器件表现出的热特性，对PCB板上各器件的布局进行了细致的热分析，确定了散热片的具体形状和风扇的参数，并优化了设备内各组装部件的结构，设计了合理的热通道。并通过仿真软件对设备内的热流通道进行模拟与分析计算，仿真结果表明，整机的散热方案有效的改善了主板的散热能力。该设备目前已通过了高低温、冲击、振动等例行试验，并在新疆、西藏等恶劣的环境中得以应用，证明这种方案是合理有效的。本文的设计思路和方法将为同类电子产品提供有益的参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题意义

1．2 国内外热设计研究的现状

1．2．1 国外热设计研究现状

1．2．2 国内热设计研究现状

1．2．3 热设计的发展趋势

1．3 本论文主要的研究工作

第二章 热控制理论基础

2．1 热控制理论的基本概念

2．1．1 热传导

2．1．2 热对流

2．1．3 辐射换热

2．2 电子设备热设计技术

2．2．1 电子设备的热环境

2．2．2 热设计的基本要求和原则

2．3 热设计的基本方法

2．3．1 自然冷却

2．3．2 强迫风冷

2．3．3 液体冷却

2．3．4 蒸发冷却

2．3．5 冷板设计

2．3．6 其它冷却方式

2．4 热测试技术

2．4．1 温度测量

2．4．2 压力测量

2．4．3 流量测量

2．5 热设计技术最新进展

2．5．1 毛细抽吸两相流体回路的研究

2．5．2 电子吊舱设备的温度控制技术

2．5．3 微尺度换热器的研究

2．6 本章小结

第三章 卡口机结构热分析与热设计

3．1 卡口机的结构设计方案

3．1．1 卡口机热设计的基本思路

3．1．2 卡口机的设计步骤

3．1．3 卡口机内部结构和主要部件介绍

3．2 卡口机的热分析

3．3 卡口机的热设计

3．3．1 散热片设计

3．3．2 风机选型

3．4 本章小结

第四章 卡口机的热仿真分析

4．1 SolidWorks flowsimulation简介

4．2 分析模型的简化

4．3 模型分析参数设置

4．3．1 加载Flow simulation插件

4．3．2 建立工程

4．3．3 定义风扇

4．3．4 定义边界条件

4．3．5 定义热源

4．3．6 定义固体材料

4．3．7 定义工程目标

4．3．8 初始网格设置

4．4 求解与仿真结果分析

4．4．1 进行求解

4．4．2 仿真结果分析

4．5 本章小结

第五章 卡口机散热结构优化设计

5．1 散热片结构尺寸优化

5．1．1 散热器肋片间距对散热效果影响

5．1．2 肋高与肋厚的确定

5．2 设备整机形状对热流通道影响优化

5．3 后盖和底座通风孔优化

5．4 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献