Fluent传热模型中电子芯片简化方案设计与验证

在fluent的传热模型中可以设置体热源也可以设置面热源，那么对于这两种情况，该怎么简化模型呢，遇到问题时候是简化为面还是做耦合处理，本文对这两种情况进行了仿真，对最终结果进行了对比。注：文中出现的数据都是随便选取。

模型：一个铝制机箱中有一个芯片，外流场温度为300K。

芯片为5×4×2，机箱为50×40×20。芯片为铝制材料，芯片底面和机箱底面都是绝热边界，假定机箱其他面的传热系数为1W/(m^2*k)。芯片功率为2W。简化为体时，设置体热源为5×10^7W/m^3。简化为面时，设置芯片热流密度为3.57×10^4。

方案一：采用耦合的方法，即芯片和外流场耦合，模型和网格如图1所示，网格是在ICEM中划分的。

图 1

方案二：把芯片简化为面的热流密度，模型和网格如图2所示。

图 2

计算结果对比：

方案一：

Total Heat Transfer Rate
(w)

-------------------------------- --------------------

chip_bottom
0

chip_side
1.829797

chip_side-shadow
-1.83159

part_1
-1.82952

wall_bottom
0

---------------- --------------------

Net
-1.8313163

方案二：

Total Heat Transfer Rate
(w)

-------------------------------- --------------------

chip
1.9991994

part_1
-1.9991719

wall_bottom
0

---------------- --------------------

Net
2.7537346e-05

表1 两种方案的温度对比（单位：K）

在模型中截取一条直线（如图3所示），得到这条线上的温度值，进行对比，如图4所示。

图3
在空间中选取一条线

图4 各个位置的温度值对比

从上面的结果中可以看出，计算的结果由一定的差别，但是温度场（表1，图4）相差不大，在以后的学习中再去研究这些差别。通过这次的仿真，个人认为如果对电子产品进行热分析，可以采取方案二的形式，计算速度快，节省时间。

图5 芯片中间面的温度梯度图