SOLIDWORKS Simulation热力分析的工程应用

在进行静态分析、频率分析、扭曲分析这些结构问题时,仿真工具所带来的好处是显而易见的。但是结构性能只是设计过程中面临的难题之一。还有许多问题是与热力相关的。热力问题常在电子产品设计中出现,为了避免过热、过高的热应力,需要在产品中加装冷却或散热装置,如风扇和散热器等。

产品在解决散热问题的同时还要尽可能地减小产品体积,如手机、笔记本电脑等产品在考虑散热问题时还要保证结构的紧凑。

SOLIDWORKS Simulation热分析是用来处理固体热传导的。热分析中温度是基本未知量,它类似于结构分析中的位移。热传递的方式有3种:热传导、热对流和热辐射。

1.热传导--在不涉及物质转移的情况下,热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部位或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程,热传导遵循傅里叶定律:

Q传导=-λA(T热-T冷)/L -热传送介质的热导率λ -温度梯度 T热-T冷 -热传送通过的面积A

2.热对流--固体表面与附近流体间的传热。热对流有两种方式:自然对流和强制对流。

Q传导=hA(Ts-Tf) 对流系数h 表面积A 表面与周围流体之间的温差

3.热辐射--在一定温度下的物体的热能通过电磁波的形式向外发射的过程。

在大多数的工程问题中,热辐射的影响很小,多数情况下都是忽略不计的。

下面通过一个实例学习热力分析在实际产品中的应用。此实例包含陶瓷芯片、黄铜散热器和三个黄铜终端(连接器)。陶瓷芯片是产热的,它通过自身和散热器的所有外表面以对流的方式向环境散发热量。芯片和散热器之间通过一层导热胶粘合在一起。

首先建立稳态热力分析算例,并定义芯片热量。

定义芯片和散热器之间的接触热阻,一般工程问题,热阻很小可以忽略不计,接触类型下可选择接合。

定义芯片及散热器的对流

划分网格并运行分析,根据结果检查设计

在设计过程中就进行分析,可以在很大程度上帮助企业减少物理原型机的数量,尽早地发现问题,从而避免成本的浪费和项目周期的延长。