航空器电子设备高空散热挑战：热仿真解决方案

热仿真帮助航空器电子设备在50,000英尺的高空实现散热

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Hybricon Inc.的高级工程师Michael Palis接受了来自一个国防部门的客户的挑战，该客户要求其帮助他们对一个功率散耗约200瓦的ATR机箱进行散热，使该设备能够在50,000英尺的高空运行。Palis使用热仿真评估了一系列的设计方案，重点关注散热片的设计和风扇在高空中的性能。仿真帮助确定了几种可以达到客户的苛刻要求的备选设计方案。基于Palis的推荐，国防客户建立了系统，性能几乎与仿真预测结果完全一致。

几十年前ATR系统的功率散耗通常为50至60瓦，而今则高达200瓦，这极大的增加了热管理挑战的难度。这样的难度系数在高空条件下更大。50,000英尺高空的空气密度仅相当于海平面空气密度的1/8，意味着如果在这样的高空对设备散热，要达到与海平面条件下同样的散热效果，就必须将空气的体积流量乘以系数8。

“我们采用了各种方法来应对这些挑战，包括手算和流体仿真建模。不过到目前为止最有效的还是Flotherm，就是我们的热仿真工具。”Hybricon Inc.的高级仿真工程师Michael Palis 说，“Flotherm为我们设计的全过程提供了详尽的压力、温度及气流的图形信息分析，使我们能深切的知道该如何改进设计。”

Palis利用Flotherm的参数化设计功能帮助优化散热片设计。他通过设定软件来变换风扇的数量和厚度。随后Flotherm软件在设定的变化范围内自动进行优化设计，全面仿真机箱内的流体速度和温度。结果表明当风扇数量为21个时设计达到最优化。

仿真结果显示优化的散热片设计能够符合35,000英尺高空的温度要求，但达不到50,000英尺高空的要求。Palis将这一结果告诉客户。客户表示35,000英尺的运行高度可以达到初步展示样机的要求，但是还需要开发出能在50,000英尺高空运行的量产型号方案。为了评估使用更高性能的风扇装置的影响，Palis随即进行了进一步的仿真。仿真表明这种高性能的风扇可以达到客户的50,000英尺的运行要求。

“在此次应用中，通过优化散热片设计-利用高空条件下从机箱中抽出的有限体积的空气进行完全的散热，我们达到了客户苛刻的高空散热要求。”Palis总结说，“并且我们能够解答假设性问题，这就使客户能针对其产品当前的展示样机和未来的量产型号制定出相应的热管理战略。”