手机散热器的结构优化设计

散热器及优化技术介绍
散热器介绍
散热器工作原理:散热器内部的热借由对流及辐射进行耗散,对流所占比例非常大,基板与热源接触,将热从热源传导给肋片,肋片增大了热源与空气的接触面积,从而增强了其通过对流和辐射方式的散热能力。

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图1手机散热工作原理
影响散热器散热效果的主要因素:肋高影响最大,肋厚影响次之,肋长影响最小。因此,在做散热器优化实验时,设定肋高,肋厚两个变量即可。
求解技术
在Flotherm软件中,CommandCenter模块采用了当今世界上优秀的多目标优化算法,是一种在具有多个变量参数中确定最佳方案的途径。
优化算法包括两部分:实验设计(DOE)和方案优化。方案优化是以实验设计数据为依据,分为循序优化和反映面优化。循序优化是以最佳方案为基点,进行连续小步长自动优化,最终找到最优方案;反映面优化则是将实验的输入与输出构建成一个超平面,称为反映面,再根据该超平面来确定最佳方案。两者比较来看,反映面优化速度快于循序优化,并且在给出优化方案的同时,给出了优化过程中的计算误差,通过该误差的大小来判断该次优化方案结果是否可靠。
常见的优化术语解释:
DOE:DesignofExperiment实验设计
SO:SequentialOptimization循序优化
RSO:ResponseSurfaceOptimization反映面优化
目标函数
实验设计包括输入变量设置和目标输出变量设置。其中,输入变量设置包括优化参数对象选择和参数范围的设定。
为了避免优化设计中,出现局部最优代替全部最优,软件引入代价函数(CostFunction):

公式1代价函数式中,W为代价权重;R为目标输出变量。
输入变量设定
在InputVariables选项卡中的RootAssembly下找到散热器。(此组件的顺序与PM中组件的顺序相同)
内部翅片的高度对散热器的散热能力有一定影响,因此作为变量之一,进行设定。
在散热器和组件周围有一个region,region的高度需要与散热器的翅片呈线性函数关系,因此对其进行如下设置:

图2Region设置
内部翅片的宽度对散热器的散热能力有一定影响,因此作为变量之一,进行设定。
输出变量设定
在commandcenter面板中选择OutputVariables选项卡。首先将temperature加入到目标函数中。目标函数作用:用于定义求解过程中需要优化的值。将组件的温度加入到目标函数中意味着我们要尽可能降低温度。
双击散热器图标,找到散热器目录下的MeanSolidTemperature,单击并选中 MonitorVariableforeachProjectintheScenario。通常只需要纪录散热器的平均温度,而不用对散热器的平均温度进行优化,所以不需要将平均温度加入到目标函数中。
双击风扇图标,找到风扇目录下的VolumeFlow,单击并选中MonitorVariableforeachProjectintheScenario。此过程我们只需要纪录流过风扇的气体流量,而不用对流量进行优化,所以不需要将流过风扇的气体流量加入到目标函数中。
ScenarioTable
点击优化图标,为了能得到一个连续的优化过程,必须要有一个已求解并收敛的基本结果。点击Optimize即开始进行优化。
优化开始时,软件会自动出现两个图表。生成图表操作步骤:点击Chart/Create,图表类型:XYLine;数据项:x轴:Scenarioname;y轴:MBcomp1temperature;Valuestyle:ActualValue。表中Y轴同时显示MBcomp的温度和散热翅片的高度,设计需仔细观察散热翅片的高度对MBcomp温度的影响。
得到最优优化结果如下:

图3最优优化结果

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