傳導(dǎo)冷卻模塊仿真的邊界條件

VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)將模塊的邊界描述為最大值，根據(jù)類別具有不同的值。

這是一個方便的要求，因?yàn)楹苋菀讓囟冗吔鐥l件應(yīng)用于FEA ［有限元分析］模型中的界面表面并確定卡的熱性能。如果熱量均勻分布在卡上并且機(jī)箱接近等溫，這也很有用。問題是，在某些條件下，這種方法會高估模塊的熱性能。

在構(gòu)建 VPX 機(jī)箱和模塊的熱模型時，通常首先將模型分解為多個部分，以降低每個模型的復(fù)雜性。模塊的導(dǎo)軌是拆分該模型的常見位置，甚至受到 VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)的鼓勵。該標(biāo)準(zhǔn)將模塊的邊界描述為最大值，根據(jù)類的不同具有不同的值。這是一個方便的要求，因?yàn)楹苋菀讓囟冗吔鐥l件應(yīng)用于FEA模型中的界面表面并確定卡的熱性能。如果熱量均勻分布在卡上并且機(jī)箱接近等溫，這可能是一個很好的邊界條件。問題是，在某些條件下，這種方法會高估模塊的熱性能。以下三個條件應(yīng)導(dǎo)致重新考慮簡單的溫度邊界條件。

? 沿卡片長度的高熱通量或不均勻的通量

當(dāng)熱通量高，或熱量全部偏向卡的正面或背面時，可以在卡的正面和背面之間產(chǎn)生較大的溫度梯度。當(dāng)在界面表面上應(yīng)用恒溫邊界條件時，它將迫使楔形鎖上的磁通量不均勻。當(dāng)在系統(tǒng)模型中施加楔形鎖的電阻時，它假設(shè)沿其長度的磁通量恒定，這可能導(dǎo)致性能的顯著減少折痕。在模塊到機(jī)箱接口區(qū)域中使用傳熱系數(shù)可以顯著證明這些類型模塊的模型。如果底盤導(dǎo)軌相對等溫，只需將其用作參考溫度，并根據(jù)楔形鎖性能計(jì)算系數(shù)。

? 沿底盤導(dǎo)軌的溫度梯度大

與上述問題類似，沿導(dǎo)軌具有明顯溫度梯度的機(jī)箱將導(dǎo)致進(jìn)入機(jī)箱的熱通量不均勻，從而導(dǎo)致對卡和機(jī)箱性能的預(yù)測不準(zhǔn)確。在機(jī)箱中，這可能是由多種原因引起的，包括液體流動分布問題、液體從機(jī)箱吸收熱量時的溫升，以及熱量傳導(dǎo)到遠(yuǎn)程冷壁時的傳導(dǎo)梯度。在這些情況下，從模塊的 FEA 模型開始，但建議快速構(gòu)建一個同時包含機(jī)箱和模塊的系統(tǒng)模型。

? 機(jī)箱的附加熱接口

當(dāng)工程師圍繞越來越高的熱量輸出進(jìn)行設(shè)計(jì)時，他們經(jīng)常被迫在 VPX 標(biāo)準(zhǔn)之外運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的熱性能。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方法是添加傳熱路徑來補(bǔ)充導(dǎo)軌上的冷卻。這通常是通過在模塊背面添加一個表面來完成的，該表面通過接口材料由機(jī)箱冷卻。添加這些表面可以顯著提高系統(tǒng)的性能，但很快就會使熱模型復(fù)雜化。這些系統(tǒng)具有多條熱量流向最終匯的路徑，因此準(zhǔn)確捕獲熱量分布至關(guān)重要。

解決此問題的一種方法是構(gòu)建模塊和機(jī)箱的電阻模型，然后將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的溫度應(yīng)用于組件模型。該模型的挑戰(zhàn)在于，它通常需要在系統(tǒng)電阻網(wǎng)絡(luò)模型和模塊模型之間進(jìn)行迭代。驗(yàn)證兩個模型在通過每個接口的溫度和熱流方面是否一致至關(guān)重要，以確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確表示。類似地，與前面部分中描述的方法類似，使用傳熱系數(shù)進(jìn)行模塊級仿真可以幫助減少迭代次數(shù)，同時更準(zhǔn)確地捕獲通過接口的熱流。

傳導(dǎo)增強(qiáng)功能

為了充分利用熱組件，盡可能多地等溫化單個組件以提高其性能和網(wǎng)絡(luò)中下一個組件的性能至關(guān)重要。以熱管、脈動熱管或退火熱解石墨形式進(jìn)行的被動傳熱增強(qiáng)是實(shí)現(xiàn)這些改進(jìn)的簡單方法，而不會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。我們建議將熱管用于大多數(shù)應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兊慕?jīng)濟(jì)性、優(yōu)于大多數(shù)其他技術(shù)的能力以及它們在極端環(huán)境中的良好記錄。它們支持廣泛的集成選項(xiàng)，包括嵌入薄至.100“的板中。這種增強(qiáng)可以對模塊框架和機(jī)箱進(jìn)行，并且可以緩解上述許多建模問題。改進(jìn)這些系統(tǒng)的另一種簡單方法是使用 ACT 的 ICELOK 作為楔形鎖，與 COTS ［商用現(xiàn)成］ 楔形鎖相比，它可以將楔形鎖電阻降低多達(dá) 30%，并且可以集成到大多數(shù) VPX 模塊中，而無需進(jìn)行實(shí)質(zhì)性修改。

審核編輯：郭婷