CN105718640B - 一种检测t组件热性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测T组件热性能的方法及装置，所述方法包括如下步骤：步骤101，确定T组件壳体的表面传热系数；步骤102，在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况。本发明利用逼近的方法确定合理的T组件壳体的表面传热系数，然后在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况，该方法能够有效且简便地分析不同散热方式下T组件的温度分布，进而采用合理的方式提高T组件的热性能。

Description

一种检测T组件热性能的方法
技术领域
本发明属于电子器件热分析技术领域，特别是涉及一种检测T组件热性能的方法。
背景技术
近年来，随着科技的进步和电子对抗技术的发展，国防、卫星通信和移动通信都对相控阵天线的要求越来越高，这也对应用于相控阵天线上的单发型组件，即T组件提出了更高的要求。在相控阵天线工作过程中，T组件会产生大量的热量，使得T组件温度升高，从而大幅降低了T组件的性能，这就要求设计人员在设计T组件的过程中必须对其散热情况进行模拟分析。
基于有限元法的ANSYS软件为设计人员提供了一个很好的热分析平台。ANSYS进行热分析的基本原理是先将所处理的对象划分成有限个单元(包含若干节点)，然后根据能量守恒原理求解一定边界条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此计算出各节点温度，继而进一步求解出其他相关量。
在利用ANSYS软件检测T组件的热性能的过程中，需要确定T组件壳体的表面传热系数，只有确定了合理的T组件壳体的表面传热系数，设计人员才能可靠地通过ANSYS分析T组件的产热情况、温度分布情况，进而研究采用何种散热方式使得T组件工作在合理的温度范围内，从而为T组件的设计提供了一个可靠的热学依据。
但是，现有技术无法准确且简单地确定T组件壳体的表面传热系数，使得无法准确地检测T组件的热性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测T组件热性能的方法及装置，以解决现有技术T组件壳体的表面传热系数的确定误差较大，使得无法准确地检测T组件的热性能的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种检测T组件热性能的方法，包括如下步骤：
步骤101，确定T组件壳体的表面传热系数；
步骤102，在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况；
本发明检测T组件热性能的方法，进一步，其中所述步骤101包括如下步骤：
步骤A，在空气的传热系数范围内给定一个T组件壳体的表面传热系数初始值，进而利用ANSYS软件分析壳体的温度分布和热流密度分布，根据传热学的对流传热特征关联式获得表面传热系数的计算值；
步骤B，比较所述计算值和初始值之间的误差，如果误差较大，则把所述计算值设置为新的初始值，重复步骤A中的热分析和计算，直至所述计算值和所述新的初始值的误差在可接受的范围内；
步骤C，将所述计算值确定为所述T组件壳体的表面传热系数。
本发明检测T组件热性能的方法，进一步，其中所述步骤102包括如下步骤：
步骤D，将所述T组件的三维结构图导入所述ANSYS软件；
步骤E，在所述ANSYS软件中给所述T组件的三维结构添加热载荷并输入所述表面传热系数；
步骤F，获取所述T组件的温度分布情况。
本发明检测T组件热性能的方法，进一步，所述T组件的三维结构图为x-t格式。
本发明检测T组件热性能的方法，进一步，还包括如下步骤：
步骤103，根据所述T组件的温度分布情况判定所述T组件的热性能。
本发明检测T组件热性能的方法，进一步，其中所述步骤A中的空气的传热系数范围是5-30W/m2·k。
本发明检测T组件热性能的方法，进一步，其中所述步骤A的初始值选为8W/m2·k。
本发明还提供了一种检测T组件热性能的装置，包括：
表面传热系数确定模块，其用于确定T组件壳体的表面传热系数；
温度分布模拟模块，其基于ANSYS软件模拟所述T组件在工作中的温度分布情况。
输入模块，其用于输入所述表面传热系数和所述T组件的三维结构。
本发明检测T组件热性能的装置，进一步，所述表面传热系数确定模块确定所述T组件壳体的表面传热系数的步骤包括：
在空气的传热系数范围内给定一个初始值，进而分析T组件壳体的温度分布和热流密度分布，根据传热学的对流传热特征关联式获得表面传热系数的计算值；
比较所述计算值和初始值之间的误差，如果误差较大，把所述计算值设置为新的初始值，重复步骤A中的热分析和计算，直至所述计算值和所述新的初始值的误差在可接受的范围内；
将所述计算值确定为所述T组件壳体的表面传热系数。
本发明检测T组件热性能的装置，进一步，所述输入模块输入的所述T组件的三维结构为x-t格式。
本发明的有益效果是：
本发明利用逼近的方法确定合理的(在误差可接受的范围内)表面传热系数，然后在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况，能够有效且简便地分析T组件的散热情况，进而采用合理的方式提高T组件的热性能。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1为本发明一种实施例的检测T组件热性能的方法的流程示意图；
图2为本发明一种实施例的自然散热情况下T组件的温度分布示意图；
图3为本发明一种实施例的加入铜冷板后T组件正面的温度分布示意图；
图4为本发明一种实施例的加入铜冷板后T组件背面的温度分布示意图；
图5为本发明一种实施例的检测T组件热性能的装置的结构示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的检测T组件热性能的方法及装置的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
图1示出了本发明一种实施例的检测T组件热性能的方法的流程示意图。如图1所示，检测T组件热性能的方法包括如下步骤：
步骤101，确定T组件壳体的表面传热系数；
具体地，所述步骤101包括如下步骤：
步骤A，在空气的传热系数范围内给定一个T组件壳体的表面传热系数初始值，进而利用ANSYS软件分析T组件壳体的温度分布和热流密度分布，根据传热学的对流传热特征关联式获得表面传热系数的计算值；
具体地，所述空气的传热系数范围为5-30W/m2·k(瓦/平方米·度，下同)，工程中一般取8.5W/m2·k左右，在检测T组件的热性能时，T组件表面传热系数初始值可以优选地设定为8W/m2·k。接着，向ANSYS软件导入T组件的三维结构图，所述T组件的三维结构图可在UG中画出，然后在ANSYS软件中在T组件的芯片上添加热流密度q(也就是热载荷)和T组件表面向空气中散热的表面传热系数,其中热流密度q＝芯片的产热功率P/芯片的面积A，利用ANSYS软件分析T组件壳体的温度分布和热流密度分布，得到的T组件壳体表面热流密度，然后通过自然对流特征数关联式人工计算壳体的表面传热系数。
具体地，所述自然对流特征数关联式如下：
式(1)中，Nuxm为努塞尔数，Prxm为普朗克数，Gr* xm为格拉晓夫数，x为特征长度(即所研究问题中具有代表性的尺度)，hcx可视为T组件表面传热系数的计算值，λ为导热系数。其中
式(2)中，g为重力加速度，q为热流密度，Txm为定性温度txw的绝对温度(即将定性温度txw换算为开尔文温度)，λ为导热系数，ν为动力粘度。其中
Txm＝txw+273 (3)
txw＝(t+t0)/2 (4)
式(4)中，t为T组件的表面温度，t0为T组件所处环境中空气的温度(一般选定为T组件工作时，在周围空气中所测量的温度)。在表面传热系数设置为初始值的情况下，可用ANSYS分析得到T组件的表面温度t和T组件壳体的表面热流密度q，对应温度下的导热系数λ、动力粘度v和Prxm可在干空气的热物理性质表中查找到，如张奕所著的《传热学》(东南大学出版社出版)附录4中的干空气的热物理性质表，由式(2)便可以计算出Gr* xm，进而根据自然对流特征数关联式(1)计算出T组件壳体的表面传热系数。
步骤B，比较所述计算值和初始值之间的误差，如果误差较大，则把所述计算值设置为新的初始值，重复步骤A中的热分析和计算，直至所述计算值和所述新的初始值的误差在可接受的范围内；
步骤C，将所述计算值确定为所述T组件壳体的表面传热系数。
步骤102，在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况；
具体地，所述步骤102包括如下步骤：
步骤D，将所述T组件的三维结构图导入所述ANSYS软件；
具体地，在UG中画出T组件的三维结构图，以x-t格式导出，再将其导入ANSYS中。另外，这里的T组件三维结构图与步骤A中的三维结构图相同。
步骤E，在所述ANSYS软件中给所述T组件的三维结构添加热载荷并输入所述表面传热系数；
具体地，在ANSYS中给三维结构添加热载荷(热载荷可以是热流密度)，并在结构图的表面添加在步骤101所确定的T组件壳体的表面传热系数来模拟T组件向空气中的散热。
步骤F，获取所述T组件的温度分布情况。
具体地，T组件的温度分布情况将会在ANSYS软件的界面以云图的方式显示。
步骤103，根据所述T组件的温度分布情况判定所述T组件的热性能。
具体地，根据所得的T组件温度分布图像及T组件正常工作的温度，判定所述T组件能否在应用中正常工作。
下面通过两个具体的实施例说明本发明实施例的检测T组件热性能的方法。实施例1检测的对象是自然散热的T组件，实施例2检测的对象是加入铜冷板后的T组件。
实施例1
实施例1分析的对象是自然散热的T组件，采用的具体步骤如下：
步骤101，确定T组件壳体的表面传热系数；
具体地，首先给T组件壳体的表面传热系数确定一个初始值8W/m2·k，利用ANSYS对T组件的温度分布及壳体表面热流密度的分析根据ANSYS分析得到的T组件壳体表面热流密度，然后通过自然对流特征数关联式人工计算壳体的表面传热系数。接着，将初始值8W/m2·k与人工计算的表面传热系数进行比较，如误差在可接受的范围内，则确定表面传热系数为计算出的表面传热系数，如误差过大，则令计算值为新的初始值，直至计算出的表面传热系数与新的初始值的误差在可接受的范围内。确定最后的计算值为表面传热系数。
步骤102，在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况；
具体地，在UG中画出T组件的三维结构图，以x-t格式导出，再将其导入ANSYS中，在ANSYS中给三维结构添加热载荷(所添加的热载荷可以是热流密度的形式)，然后在T组件三维结构图的表面添加表面传热系数来模拟T组件向空气中的散热。得到的T组件的温度分布情况如图2所示。
步骤103，根据所述T组件的温度分布情况判定所述T组件的热性能。
由图2可以看到，自然散热的T组件温度较高，特别是芯片所在位置的温度为212.6℃，超过了芯片的结温170℃，其结果会烧坏芯片，因此在这种情况下，需要采取合适的散热方式使芯片能够正常工作。
实施例2
实施例2检测的对象是加入铜冷板后的T组件，采用的具体步骤如下：
步骤101，确定加入铜冷板后的T组件壳体的表面传热系数；
具体地，首先给加入铜冷板后的T组件壳体的表面传热系数确定一个初始值8W/m2·k，利用ANSYS软件对加入铜冷板后的T组件的温度分布及壳体表面热流密度进行分析，根据ANSYS分析得到加入铜冷板后的T组件壳体表面热流密度，然后通过自然对流特征数关联式人工计算壳体的表面传热系数。接着，将初始值8W/m2·k与人工计算的表面传热系数进行比较，如误差在可接受的范围内，则确定表面传热系数为计算出的表面传热系数，如误差过大，则令计算值为新的初始值，直至计算出的表面传热系数与新的初始值的误差在可接受的范围内。确定最后的计算值为表面传热系数。
步骤102，在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况；
具体地，在UG中画出加入铜冷板后的T组件的三维结构图，以x-t格式导出，再将其导入ANSYS中，在ANSYS中给三维结构添加热载荷(本次所添加的热载荷为热流密度)，然后在加入铜冷板后的T组件三维结构图的表面添加表面传热系数来模拟加入铜冷板后的T组件向空气中的散热。得到的加入铜冷板后的T组件的正面温度分布情况如图3所示，背面温度分布情况如图4所示。
步骤103，根据所述T组件的温度分布情况判定所述T组件的热性能。
分析得到加入铜冷板后的T组件的温度分布如图3所示，由图中可以看出芯片处的温度为166℃，小于结温170℃，这就说明加入铜冷板后的T组件可以正常工作，因此加入铜冷板是一种比较合理的散热方式。
图5示出根据本发明一种实施例，一种检测T组件热性能装置的结构示意图。如图5所示，所述检测T组件热性能的装置包括：
表面传热系数确定模块，其用于确定T组件壳体的表面传热系数；
温度分布模拟模块，其基于ANSYS软件模拟所述T组件在工作中的温度分布情况。
输入模块，其用于输入所述T组件的三维结构。
进一步，所述表面传热系数确定模块确定所述表面传热系数的步骤包括：
在空气的传热系数范围内给定一个初始值，进而分析壳体的温度分布和热流密度分布，根据传热学的对流传热特征关联式获得表面传热系数的计算值；
比较所述计算值和初始值之间的误差，如果误差较大，把所述计算值设置为新的初始值，重复步骤A中的热分析和计算，直至所述计算值和所述新的初始值的误差在可接受的范围内；
将所述计算值确定为所述T组件壳体的表面传热系数。
进一步，所述输入模块输入的所述T组件的三维结构为x-t格式。
综上所述，本发明提出的检测T组件热性能的方法及装置利用逼近的方法确定合理(误差在可接受的范围内)的表面传热系数，然后在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况，能够有效且简便地分析T组件的散热情况，进而采用合理的方式提高T组件的热性能。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (8)

1.一种检测T组件热性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤101，确定T组件壳体的表面传热系数；
所述步骤101包括如下步骤：
步骤A，在空气的传热系数范围内给定一个T组件壳体的表面传热系数初始值，进而利用ANSYS软件分析T组件壳体的温度分布和热流密度分布，然后根据传热学的对流传热特征关联式获得表面传热系数的计算值；
步骤B，比较所述计算值和初始值之间的误差，如果误差较大，则把所述计算值设置为新的初始值，重复步骤A中的热分析和计算，直至所述计算值和所述新的初始值的误差在可接受的范围内；
步骤C，将所述计算值确定为所述T组件壳体的表面传热系数；
步骤102，在ANSYS软件中模拟所述T组件在工作中的温度分布情况。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述步骤102包括如下步骤：
步骤D，将所述T组件的三维结构图导入所述ANSYS软件；
步骤E，在所述ANSYS软件中给所述T组件的三维结构添加热载荷并输入所述表面传热系数；
步骤F，获取所述T组件的温度分布情况。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述T组件的三维结构图为x-t格式。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤103，根据所述T组件的温度分布情况判定所述T组件的热性能。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述步骤A中的空气的传热系数范围是5-30W/m2·k。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述步骤A的初始值选为8W/m2·k。
7.一种检测T组件热性能的装置，其特征在于，包括：
表面传热系数确定模块，其用于确定T组件壳体的表面传热系数；
所述表面传热系数确定模块确定所述T组件壳体表面传热系数的步骤包括：
在空气的传热系数范围内给定一个初始值，进而分析T组件壳体的温度分布和热流密度分布，根据传热学的对流传热特征关联式获得表面传热系数的计算值；
比较所述计算值和初始值之间的误差，如果误差较大，把所述计算值设置为新的初始值，重复步骤A中的热分析和计算，直至所述计算值和所述新的初始值的误差在可接受的范围内；
将所述计算值确定为所述T组件壳体的表面传热系数；
温度分布模拟模块，其基于ANSYS软件模拟所述T组件在工作中的温度分布情况；
输入模块，其用于输入所述T组件的三维结构。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入模块输入的所述T组件的三维结构为x-t格式。
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