基于ANSYS的电子元件热分析应用研究

摘要

现代电子设备的集成度不断提高、功耗不断加大，使得热流密度急剧上升，如果我们在设计阶段不注重电子设备的散热设计，那么元件所产生的热流将得不到有效控制，特别是在工作环境比较恶劣或电子设备比较复杂的情况下某些元件的工作温度就有可能上升到导致整个电子系统的工作不稳定乃至失效。本文以处于自然空气对流流场中的某PCB板及其板上的电子元件阵列作为研究对象，推导了紊流流场的数学模型，并建立了相应的有限元求解格式，应用有限元法分析软件对该系统的紊流流场和温度场进行了仿真分析；解算出PCB板上各电子元件的温度分布。为了使得电子元件最大温度负荷在特定状态下达到最低(低于额定的最高温度值)，采用翅状散热器对模块进行散热设计。本文通过对大型软件ANSYS的开发应用，不仅探索出了ANSYS软件用于解决复杂工程问题的方法及应用特点，而且通过具体应用为电子系统的可靠性设计提供重要参考，也为实现电子设备的计算机辅助设计奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1简介

§1.2电路集成化程度的提高对冷却技术提出的挑战

§1.3电子设备热设计的实施要求

§1.3.1热设计目的

§1.3.2热设计准则及要求

§1.3.3热设计步骤与方法

§1.4电子设备热设计方法现状

§1.4.1自然冷却法

§1.4.2强迫空气冷却法

§1.4.3与机械设计过程结为一体的热分析

§1.5本文研究内容及意义

第二章建立求解温度场的数学模型

§2.1流体动力学基本方程

§2.1.1质量守恒定律

§2.1.2动量守恒定律

§2.1.3能量守恒定律

§2.2紊流基本方程

§2.2.1时间平均法

§2.2.2时均连续方程

§2.2.3时均运动方程

§2.2.4时均能量方程

§2.2.5时均湍动能方程

§2.3紊流模型

§2.3.1零方程模型

§2.3.2一方程模型

§2.3.3双方程模型

§2.3.4小结

第三章建立求解数学模型的有限元求解格式

§3.1有限元法原理简介

§3.1.1概述

§3.1.2微分方程的求解方法

§3.2传热学问题中的有限元方法

§3.2.1固体导热问题的有限元方法

§3.2.2流体传热问题的有限元方法

第四章电子系统温度场数值仿真

§4.1 ANSYS软件概述

§4.1.1 ANSYS的热分析

§4.1.2有限元网格生成技术

§4.1.3组合模型的热耦合方法

§4.2仿真计算方法的分析验证

§4.2.1带有电阻元件的PCB板的热分析

§4.2.2针翅状散热器热分析

§4.3电子系统的仿真分析

§4.3.1建立几何模型

§4.3.2模型特征设定及网格划分

§4.3.3施加边界条件

§4.3.4计算并显示结果

§4.3.5系统散热设计

§4.3.6计算结果分析及结论

全文总结

参考文献

致谢

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明