用迭代法计算CPCI主板散热片的散热效果

摘 要 以覆盖整体上盖散热片的典型CPCI计算机主板为例，在自然通风散热方式的情况下，使用迭代法计算散热片的散热效果，并比对有限元分析法的结果。

【关键词】散热片 热设计 迭代法 热仿真

1 引言

CPCI主板如安b在强迫风冷或自然通风散热的机箱内，一般选择整体上盖结构进行主板加固，安装模块时无需辅助零件、通用性较强，可用于标准6UCPCI商用、工控和其他特种计算机。本文基于牛顿冷却对流方程，使用迭代法计算整体上盖散热片的散热效果，并在最后给出有限元分析法的结果作为对比。

2 结构形式

散热片的具体结构为设计一块整体上盖覆盖在主板上，并通过两侧和中心的螺钉固定牢固，以增加主板整体刚度。主板上主要发热元件（CPU、网络控制器）通过局部散热片（上盖的一部分）散热，其他发热元件直接通过自然通风散热。主板前面板高度为6HP。模块整体结构尺寸为233.35×175.84×30mm（不含助拔器），如图1所示。

整体上盖的中部为局部散热片，散热片下部设有对应主要发热器件（CPU、网络控制器）的局部导热块，使发热器件上的热量经过散热片的散发到空气中。整体上盖其他部分为镂空的框架结构，以方便空气的流通，其外形尺寸为227×149×22mm，具体结构如图2所示。

3 热功耗统计

CPCI主板上的主要发热元件的热功耗如表1所示（均选取合理的假定值），合计主板总热功耗为5.53W。

4 散热计算

5 有限元分析结果

使用ANSYS中的Icepak模块对CPCI主板散热片进行热仿真。建立热力学模型并且划分网格，环境空气温度设为65℃（模拟机箱内环境），压力为一个标准大气压，热模型流态为湍流。经Icepak计算求解，得出具体结果如图4、5所示。

经Icepak仿真计算，CPCI主板主要器件仿真温度如下：CPU的工作温度TCPU=69.83℃，网络控制器的工作温度Tw=69.43℃，与上节公式计算结果相近。

6 总结

由于公式计算简化了其他发热元件（内存、硬盘等）、整体上盖其他部分（除散热片外）、PCB印制板等散热因素，所以计算结果与热仿真结果有一定误差。随着计算机仿真技术的发展，越来越多设计人员直接使用有限元分析进行电子产品的热设计，但传统工程公式的计算方法作为热设计的基础，对有限元分析中边界条件设置、参数选择、热模型简化和原理性知识的学习等仍然具有重要意义。

参考文献

[1]D.S.斯坦伯格.电子设备冷却技术[M].北京：航空工业出版社，1989（10）.

[2]王永康.ANSYS Icepak电子散热基础教程[M].北京：国防工业出版社，2015（01）.

作者简介

王勐（1975-），男，北京市人。现为中国电子科技集团公司第十五研究所工程师。主要研究方向为计算机技术应用及环境适应性设计。

高薇（1983-），女，北京市人。现为中国电子科技集团公司第十五研究所工程师。主要研究方向为计算机技术应用及环境适应性设计。

作者单位

中国电子科技集团公司第十五研究所 北京市 100083