散热器有限元分析及优化设计

表2.1 散热器尺寸参数数据表（mm）

2.2网格划分

    采用自动划分法对模型进行网格划分，散热器基板最小尺寸设为1mm，翅片最小尺寸设为0.2mm。网格划分如图2.2所示。由图（b）网格划分情况统计图可以看出，最终划分的网格节点数为810215，单元数为193052。

图2.2 网格分析图

2.3物理参数及载荷约束设置

    因为铝具有价格低、质量轻和高导热系数等特点，而铝合金的力学性能优于金属铝的，故翅片散热器制造材料广泛使用铝合金。该散热器采用6061号铝合金。热源产生的热量先传导至散热器基板下表面，然后热量经过基板传导至上表面和翅片，基板上表面和翅片与环境进行对流换热和热辐射，最终将电子器件产生的热量散发到环境中。对散热器基板施加热流密度为6.25×10^-2W/mm²的热量。散热器翅片通过对流换热和热辐射两种方式散热。根据铝合金的散热特性，设对流换热系数为5×10^-5W/(mm²°c)，发射率为0.4。环境温度设为22°C。

3 分析求解

3.1温度场求解结果及分析

    散热器的温度场及总热流结果如图3.1所示。由图(a)可以看出，散热器受热面处温度较高，最高温度为61.70°C。由图(b)可以看出，总热流集中在散热器两侧壁面上，最大热流为0.313W/mm²。

图3.1 温度场求解结果

3.2应力场求解结果及分析

    将温度场数据导入静力求解器中，散热器的总变形及热应力求解结果如图3.2所示。由图(a)可以看出，散热器基板前后面变形最大，最大变形为5.79×10^-2mm。由图(b)可以看出，热应变集中在散热器受热面上，最大热应变为9.11×10^-4mm/mm。

图3.2 散热器应力分析图

    由于受热面的大小是由实际工程条件决定的，所以不能随便改变受热面的尺寸。但散热器翅片的结构可根据实际散热需要做出合理优化，因此本文将散热器翅片厚度、高度、数目（即间距）作为优化参数，对散热器进行优化。