技术干货 | 基于Icepak的冰箱显示控制板热仿真

图1 冰箱显示控制板

1.  前处理

实际模型有很多安装孔、卡、倒角和圆角等（如图2），对流动换热影响不大，但是会大大增加网格量，可在SCDM中适当简化（如图3）。将处理过的模型导入Icepak，在PCB板上导入ECAD数据，如图4。设置网格参数、网格划分优先级，以及加密区域，采用Multi-level方法划分网格。综合考虑精度和计算时间，网格总数控制在563万左右。网格截面如图5。

图2 原始几何

图3 简化后几何

图4 PCB信息

图5 网格截面

2.  计算条件

本案例的主要热源来自PCB。不仅需要考虑PCB板上各个功耗器件的热耗，同时也要考虑PCB板上分布式电流产生的焦耳热。电流产生的热耗可以利用Ansys SIwave软件对PCB板进行电源压降分析，然后将热耗以*.out格式传递给Icepak，如图6所示。本案例中PCB输入电流为6A，计算得到的热耗很小，实际可以忽略不计。

图6 焦耳热

流体介质为不可压缩空气，流动为稳态自然对流，密度采用boussinesq假设。环境温度43℃。湍流模型采用two equation，辐射模型采用ray tracing。各发热器件功耗如下表和图7所示。

图7 发热器件

3.  计算结果

Icepak调用Fluent内核进行计算，保证计算的精度和稳定性。又比Fluent能更方便地监控各器件温度变化情况，如图8。

图8 收敛曲线和监控点温度变化曲线

温度分布云图如图9所示，最高温度的是Q9，60.381℃。所有器件符合工作温度安全要求。Icepak还能输出各个部件的最高温度列表，如图10。

图9 温度分布云图

图10 各部件最高温度

本文展示了基于Icepak对冰箱显控板进行热分析的基本过程，其仿真结果可以评估显控板内部的温度分布。根据计算结果可提出合理的优化方案，并可快速得出优化后的结果。对于实际的工况研究，数值仿真是有力的数据验证和理论支撑。

Icepak的优势在于可以仿真各种形状的PCB板热流场；可以导入SIwave计算的PCB通大电流引起的焦耳热；Icepak的自动网格生成功能可以省去很多几何预处理工作。