淺析基于ANSYS的光碟機(jī)的熱量
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
摘要：機(jī)電產(chǎn)品隨著使用時(shí)間的持續(xù)增加，許多發(fā)熱電子元器件需要及時(shí)散熱。否則，將影響產(chǎn)品的正常功能。目前散熱方式有:輻射散熱，傳導(dǎo)散熱，對(duì)流散熱和蒸發(fā)散熱等，本文針對(duì)光碟機(jī)的散熱墊，利用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行了傳導(dǎo)散熱的相關(guān)分析，供散熱分析者學(xué)習(xí)借鑒。
論文關(guān)鍵詞：光碟機(jī),熱量,ANSYS,分析
隨著機(jī)電產(chǎn)品使用時(shí)間的增加，通電時(shí)間越長(zhǎng)必然導(dǎo)致集成芯片發(fā)熱量增大，其散熱問題是一個(gè)必須要考慮的問題。如果熱量不能以合適的方式及時(shí)的散出去，必將影響機(jī)電產(chǎn)品的功能。光碟機(jī)就是一個(gè)比較典型的機(jī)電產(chǎn)品，其散熱問題的考慮是一個(gè)很經(jīng)典的設(shè)計(jì)。ANSYS是目前應(yīng)用比較廣泛的有限元分析軟件，具有強(qiáng)大的有限元分析功能和人性化的人機(jī)交互界面，使用該軟件，能夠有效地降低分析成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間[1]。本文通過對(duì)這一問題的分析研究，對(duì)光碟機(jī)的熱分析問題進(jìn)行了深入的分析，采取了合情合理的散熱方式，采用有限元分析軟件ANSYS9.0對(duì)散熱墊的散熱狀況進(jìn)行散熱模擬，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
1 散熱理論
熱分析是基于能量守恒原理的熱平衡方程[2]：
1．1輻射
輻射是指機(jī)體以發(fā)射紅外線方式來散熱，物體發(fā)射能量并被其他物體吸收轉(zhuǎn)化為熱量能量交換[2]。當(dāng)皮膚溫高于環(huán)境溫度時(shí)，機(jī)體的熱量以輻射方式散失。輻射散熱量與皮膚溫、環(huán)境溫度和機(jī)體有效輻射面積等因素有關(guān)。在一般情況下，輻射散熱量占總散熱量的40%。當(dāng)然，如果環(huán)境溫度高于皮膚溫，機(jī)體就會(huì)吸收輻射熱。
1．2傳導(dǎo)
傳導(dǎo)就是機(jī)體通過傳遞分子動(dòng)能的方式散發(fā)熱量，幾個(gè)完全接觸的物體之間或同一物體不同部分之間由于溫度梯度而引起的熱量交換[2]。當(dāng)人體與比皮膚溫低的物體（如衣服、床、椅等）直接接觸時(shí)，熱量自身體傳給這些物體。臨床上，用冰帽、冰袋冷敷等方法給高熱病人降溫，就是利用這個(gè)原理，CPU上的平板式散熱片[3]也是利用了傳導(dǎo)的原理。
1．3對(duì)流
對(duì)流就是空氣的流動(dòng)，這是以空氣分子為介質(zhì)的一種散熱方式，物體表面與周圍環(huán)境之間，由于溫度差而引起的熱量交換[2]。與身體最接近的一層空氣被體溫加熱而上升，周圍較冷的空氣隨之流入。這樣，空氣不斷地對(duì)流體熱就不斷地向空氣中散發(fā)。對(duì)流散熱量的大小，取決于皮膚溫與環(huán)境溫度之差和風(fēng)速。
1．4蒸發(fā)
液體汽化需要熱量，自人體表面每蒸發(fā)1ml水，可帶走2.32/kJ熱量。當(dāng)氣溫高于皮溫時(shí)，其他幾種散熱方式都失去作用，蒸發(fā)便成為唯一的散熱途徑。
2 光碟機(jī)介紹
2.1 光碟機(jī)組成
光碟機(jī)組成按結(jié)構(gòu)功能來劃分主要有三大部分，一是機(jī)芯，二是PCBA，三是承載機(jī)構(gòu)和外殼等，如圖1所示:
圖1 碟機(jī)結(jié)構(gòu)
Fig1. ODD structure
2.2光碟機(jī)熱量散發(fā)系統(tǒng)
散熱系統(tǒng)主要有：下蓋（BC），散熱墊（Heat sink），集成芯片（IC）和PCB四部分相接觸的物體組成，如圖2所示：
圖2 散熱系統(tǒng)
Fig2. Heat dissipating system
3 熱傳導(dǎo)散熱分析
ANSYS的熱分析是基于能量守恒原理的熱平衡方程，通過有限元法計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的溫度分布，并由次導(dǎo)出其他熱物理量參數(shù)[2]。電子元器件功率的不斷提升導(dǎo)致了更多熱量的產(chǎn)生[3]，因而散熱顯的極為重要[4]。本例中采用穩(wěn)態(tài)分析，參數(shù)設(shè)定：自然對(duì)流條件(10W/m2.K)，熱源設(shè)定6W(12V*0.5A)，光碟機(jī)內(nèi)部環(huán)境溫度設(shè)定為42℃，光碟機(jī)器外部環(huán)境溫度設(shè)定為30℃。各零件的熱傳導(dǎo)系數(shù)如表1：
表 1
零件縮寫
熱傳導(dǎo)系數(shù)k(W/m.K)
BC
18.5
Heat sink
3.2
IC
50
PCB
0.36
4 分析結(jié)果
經(jīng)過上述設(shè)置后，可得到散熱墊的溫度場(chǎng)分布圖，如圖3所示：從圖中可看出，使用該散熱墊后最高溫度可達(dá)165.92℃。
圖3 溫度場(chǎng)分布
Fig3.Temperature field distribute
5 結(jié)束語(yǔ)
ANSYS不僅能用于常規(guī)工程結(jié)構(gòu)問題的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)有限元分析，還能在諸如流體力學(xué)，熱力學(xué)（溫度場(chǎng)）、電磁場(chǎng)等方面進(jìn)行有限元的模擬與計(jì)算[5]。一個(gè)成熟的熱設(shè)計(jì)可以為為我們帶來一個(gè)可靠的產(chǎn)品,同時(shí)也為我們的使用創(chuàng)造舒適性[6]。本例中通過對(duì)散熱墊模擬現(xiàn)場(chǎng)情況的分析，得出散熱墊的溫度場(chǎng)分布，進(jìn)而可比較不同散熱墊帶來的不同散熱效果,選擇合適的散熱墊來散熱，為碟機(jī)的散熱設(shè)計(jì)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)也值得其它需要散熱的產(chǎn)品設(shè)計(jì)者借鑒學(xué)習(xí)。
參考文獻(xiàn)：
[1]郝兆明．基于ANSYS組合模具過盈配合有限元分析[Ｊ]. 機(jī)械工程師,2008(5)
[2]王建江，胡仁喜，劉英林．結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)有限元分析[M]．機(jī)械工業(yè)出版社,2008(3)
[3]張遠(yuǎn)波.CPU散熱片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[Ｊ].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào).2008年第4期
[4] 盧中林．電子產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)［J］．可靠性分析與研究(集成電路與元器件卷)，2004，（12）
[5]Saeed Moaveni．ANSYS理論與應(yīng)用[M]．電子工業(yè)出版社,2003(6)
[6]胥輝，鄧蘅. ANSYS軟件在微波管設(shè)計(jì)熱分析中的應(yīng)用[Ｊ].www.ansys.com.cn
