确定散热器CFD模拟和检查什么
你可以带走什么
了解散热器CFD模拟以获得更清晰的信息
更好地学习分析函数，如瞬态热有限元分析
优化您的几何散热器CFD模拟
散热器CFD模拟结果
任何打开旧电脑的人都看到过放置在CPU, GPU或其他高功率IC上的大块金属。不同散热器的形状可能会有很大差异，并且非常独特。这些形状不是偶然选择的，它们是通过一系列散热器CFD模拟仔细检查和设计的。那么，您如何确定散热器的最佳几何形状，以及为什么需要CFD模拟?
由于典型的散热器的几何结构相当复杂，无法精确地进行分析检查，因此您需要一个模拟包来数值解决相关的CFD问题。CFD中的基本方程不可能在所有情况下都解析求解，因此需要数值技术来理解气流如何从电子元件及其散热器中带走热量。以下是CFD模拟的内容以及在模拟过程中应该检查的内容。
散热器CFD模拟需要什么?
所有CFD模拟都是为了求解任意几何中的Navier-Stokes方程、流体动量守恒方程和热方程。在一些极限情况下，特别是在几何结构相当简单的情况下，你可以对这些方程应用一些近似，得到一个稳态解。在更复杂的几何中，你几乎不可能用解析方程得到完全随时间变化的解。
由于典型的散热器的几何形状可能相当复杂，并且由于系统中的热量随着时间的推移而传递，因此需要执行数值CFD模拟来检查热量如何从组件中传递出去。如果您正在为大功率IC或其他组件设计散热器，则需要在散热器CFD模拟中考虑系统的以下方面:
源和汇:您的组件是热量的来源，任何通过系统的强制或自然气流都充当热量的汇。热源是由组件中的电流分布来定义的，而气流是由风扇和自然对流产生的任何强迫来定义的。
系统网格:系统中的网格需要在时域有限差分仿真(时间相关问题)或有限元仿真(稳态问题)中指定。更精细的网格将提供更准确的结果，但它需要更长的收敛时间．
边界条件:需要指定系统中的边界条件。这通常被指定为一个维度趋于无穷大时的极限，或在系统边缘的特定表面上的极限。
初始条件:CFD模拟中的瞬态行为对系统初始条件的变化极为敏感。您可以尝试遍历多个初始条件来检查这种敏感性。
虽然您可以模拟系统的时间依赖行为，但只要热源和气流源在时间上恒定，您的系统最终将达到稳定状态。你可以阅读更多关于稳态和瞬态热有限元模拟．
时间相关模拟的一个有用的应用是检查组件的温度如何随其功耗的变化而变化，随后是气流速率的变化。这为您提供了确定何时应该打开或关闭风扇的策略，或者何时应该改变速度以响应组件电流使用的变化。气流速率有一个相关的速度场，它可以告诉你热量倾向于从散热器转移到更大的系统。下图使用速度等高线显示，这应该使用CFD模拟进行检查。
在散热器CFD模拟中，显示风扇气流速率的速度轮廓图:(上)等距视图，(下)侧视图。
散热器和组件的气流速度轮廓、空气温度和稳态温度将取决于散热器的几何形状。因此，在一系列散热器CFD模拟中，您的目标是确定能够最大限度地从感兴趣的组件散热的几何形状。
CFD模拟中散热器几何结构优化
因为一个典型的散热器的几何形状可能是相当奇怪的，最大限度地从一个组件的热量传输的最好方法是在散热器结构中改变不同的几何参数。每当结构的某个方面发生变化时，就会运行一个新的CFD模拟，以确定这对散热器散热的影响。通过这个简单的过程，您可以生成一组曲线，显示散热器的散热随不同散热器几何参数的变化情况。
一旦你确定了散热器的几何形状，最大限度地从一个IC的热量传递，你应该模拟热量是如何在整个系统中传输的。一种简单的方法是将组件的温度与优化的散热器设置为边界条件，并将从组件传输的热量定义为热源。然后，您可以通过定义其他重要的热源并运行稳态模拟来确定更大系统中的最终温度。
三维结果从热CFD模拟一个更大的系统。这显示了热量是如何从散热器转移到系统的其余部分的。
这种类型的模拟可以用来确定是否更积极的热管理应该在系统中使用策略。例如将散热器放置在附近的组件上，策略性地将冷却风扇放置在特定组件或外壳上，或者对整个系统外壳进行重新设计。每次修改设计时，您都应该检查是否在系统内创造了更理想的温度分布。
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