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                    CAE應用解決方案專家
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                    手機散熱器的結構優化設計

                    散熱器及優化技術介紹

                    散熱器介紹

                        散熱器工作原理:散熱器內部的熱借由對流及輻射進行耗散,對流所占比例非常大,基板與熱源接觸,將熱從熱源傳導給肋片,肋片增大了熱源與空氣的接觸面積,從而增強了其通過對流和輻射方式的散熱能力。

                    手機散熱

                    圖1 手機散熱工作原理

                        影響散熱器散熱效果的主要因素:肋高影響最大,肋厚影響次之,肋長影響最小。因此,在做散熱器優化實驗時,設定肋高,肋厚兩個變量即可。

                    求解技術

                        在Flotherm軟件中,Command Center模塊采用了當今世界上優秀的多目標優化算法,是一種在具有多個變量參數中確定最佳方案的途徑。

                        優化算法包括兩部分:實驗設計(DOE)和方案優化。方案優化是以實驗設計數據為依據,分為循序優化和反映面優化。循序優化是以最佳方案為基點,進行連續小步長自動優化,最終找到最優方案;反映面優化則是將實驗的輸入與輸出構建成一個超平面,稱為反映面,再根據該超平面來確定最佳方案。兩者比較來看,反映面優化速度快于循序優化,并且在給出優化方案的同時,給出了優化過程中的計算誤差,通過該誤差的大小來判斷該次優化方案結果是否可靠。

                        常見的優化術語解釋:

                        DOE:Design of Experiment實驗設計

                        SO:Sequential Optimization循序優化

                        RSO:Response Surface Optimization反映面優化

                    目標函數

                        實驗設計包括輸入變量設置和目標輸出變量設置。其中,輸入變量設置包括優化參數對象選擇和參數范圍的設定。

                        為了避免優化設計中,出現局部最優代替全部最優,軟件引入代價函數(Cost Function):

                    公式1 代價函數

                        式中,W為代價權重;R為目標輸出變量。

                    輸入變量設定

                        在Input Variables選項卡中的Root Assembly下找到散熱器。(此組件的順序與PM中組件的順序相同)

                        內部翅片的高度對散熱器的散熱能力有一定影響,因此作為變量之一,進行設定。

                        在散熱器和組件周圍有一個region,region的高度需要與散熱器的翅片呈線性函數關系,因此對其進行如下設置:


                     圖2 Region設置

                        內部翅片的寬度對散熱器的散熱能力有一定影響,因此作為變量之一,進行設定。

                    輸出變量設定

                        在command center面板中選擇Output Variables選項卡。首先將temperature加入到目標函數中。目標函數作用:用于定義求解過程中需要優化的值。將組件的溫度加入到目標函數中意味著我們要盡可能降低溫度。

                        雙擊散熱器圖標,找到散熱器目錄下的Mean Solid Temperature,單擊并選中Monitor Variable for each Project in the Scenario。通常只需要紀錄散熱器的平均溫度,而不用對散熱器的平均溫度進行優化,所以不需要將平均溫度加入到目標函數中。

                        雙擊風扇圖標,找到風扇目錄下的Volume Flow,單擊并選中Monitor Variable for each Project in the Scenario。此過程我們只需要紀錄流過風扇的氣體流量,而不用對流量進行優化,所以不需要將流過風扇的氣體流量加入到目標函數中。

                    Scenario Table

                        點擊優化圖標,為了能得到一個連續的優化過程,必須要有一個已求解并收斂的基本結果。點擊Optimize即開始進行優化。

                        優化開始時,軟件會自動出現兩個圖表。生成圖表操作步驟:點擊Chart/ Create,圖表類型:XY Line;數據項:x軸:Scenario name;y軸:MB comp1 temperature;
                    Value style:Actual Value。表中Y軸同時顯示MB comp的溫度和散熱翅片的高度,設計需仔細觀察散熱翅片的高度對MB comp溫度的影響。

                        得到最優優化結果如下:

                    圖3 最優優化結果




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