其中:δ—沿导热方向的等效厚度;S—与传热路径垂直的等效导热面积;Rtot—元件电热模拟热路图的总热阻。
3.4 热仿真建模
建立一个合理的热仿真模型,是保证热仿真分析结果精确的前提。
对于主要热耗器件功率MOSFET管、整流管,安装于功率铝基板上,均选用SMD-1封装,封装形式见图3.4.1。采取的安装方式为将功率MOSFET管焊接于铝基板上通过导热硅脂与产品铝外壳底面紧密接触,铝外壳底面与温控热沉紧密接触,实现传导散热,结构见图3.4.2。
对于航天器大功率DC-DC变换器产品建立计算物理模型,考虑到计算网格划分及热传导与热辐射分析计算的可行性对模型进行一定的简化。印制电路板(PCB板)导热系数按等效导热系数计算;忽略对热影响较小的导线;各结构表面为灰体,发射率和吸收率与波长无关,发射率(ε)=吸收率(α);各结构表面为漫反射面,反射率与射入/射出的方向无关;各结构表面是热辐射不透明的,可以忽略透射率。
航天器大功率DC-DC变换器产品热仿真模型由板(PLATE)、柱体(PRISM等)、印制电路板(PCB)、面(FACE)、机壳(CABINET)、块(BLOCK)、源(SOURCE)等构成。主要为板结构(PLATE)及块(BLOCK)结构。
简化后所建的计算物理模型如图3.4.3、图3.4.4、图3.4.5所示。
3.5 热仿真计算方法
Icepak是一个专业的电子设备热分析软件,它能够解决系统级、部件级、封装级的热分析问题。它采用非结构化网格,能够针对复杂的几何外形生成三维四面体、六面体的非结构化网格,求解采用有限体积法,以及Fluent求解器,保证工程问题的计算精度。Icepak软件求解三个控制方程:质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程。由于在空间环境下传热方式主要是热传导和热辐射,不考虑对流方式,故只计算温度场不计算流场,仅考查能量方程的收敛即可。
在导热现象中,单位时间内通过给定截面的热量,正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。即是导热基本定律,其数学表达式为:
式中:φ指单位时间内通过单位面积传递的热量,x是垂直于面积A的坐标轴。