【经验】利用smartCFD热仿真优化自然散热产品上散热孔的结构设计

时间： 2021-08-27 来源：世强

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散热孔作为自然散热产品上的非常重要的热量出口，其主要作用是为了将热量以热空气流动的形式带出产品外，又因其一般设置在外观件上，因而又需要一定的美观性。散热孔过多影响美观，过少影响散热效果，因而要这两者之间达到平衡，可以借助爱美达的热仿真软件SmartCFD，在合理的散热效果内，进行散热孔的设计排布。

首先在热仿真软件SmartCFD里面进行如下结构的建模，包含产品上下盖、芯片热源、带VIA的PCB、散热片、一定面积尺寸的散热孔（grille）、定义求解域。

中散热孔主要利用Ctrl加鼠标左键点击产品上的散热孔设置面，再点击SmartCFD的如下grille图标，以此来增加一个散热孔区域。

散热孔的设置除了散热区域外，最重要就是通过散热孔的流阻参数下的两个参数的设置：

loss coefficient——损失系数，即为流过不同散热孔后的热流压力损失

free area ratio——开孔率，其定义为孔隙面积的占总面积的百分比，即为A=A_open/A_total

这两个参数直接关系散热孔的设计对排出热量的效果好坏，在自然散热的设计中尤为明显，只要设置的开孔率满足散热要求，那么工程师就可以据此在一定区域设计出想要的形状、数量以及排布的散热量。

本案例要求温升△T不超过45℃，选用散热孔类型为薄多孔类型，图案如下：

这种孔的损失系数，热仿真软件会通过如下的计算方式获得，A为前述的开孔率：

除了之前建模后设置的热参数外，设置环温25℃，开孔率分别为0.2、0.4、0.6、0.8，然后进行网格划分（mesh）和运算（solution），对应得到如下的热分布结果：

可以计算出最高温升△T分别为：47.9℃、46.7℃、45.2℃、44.2℃，而要求是45℃，所以开孔率为0.6和0.8的比较符合。为了保险起见，工程师设计散热孔结构大小和排布时，至少选用0.7开孔率。

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