案例 | Ansys Icepak恒温控制技术实例

高级专业技术文章：利用Ansys Icepak实现电子产品动态恒温控制


引言

在现代电子产品设计中，管理设备在运行过程中的热耗是确保产品性能、可靠性和使用寿命的关键。电子产品，如笔记本电脑、服务器和大数据中心设备，均需要应对瞬息万变的运行环境，其中恒温控制（Thermal Control）作为一项核心功能，在为电子设备分配最适用于特定负载的安全操作温度范围内起着至关重要的作用。其中，Ansys Icepak因其强大的热模建模和动态温度控制能力，已经成为电子行业设计与优化的首选工具。

实例概述

本文选择了一个具体的实例，即一个包含两颗轴流扇的模型，用于实现根据实时温度调整风扇转速和热源管理，进而维持特定器件温度低于恒定阈值。该实例将解析利用Ansys Icepak实现恒温控制的全过程，包括风机特性的建立、瞬态设置的配置、计算过程的设计、以及实现动态温度控制的具体方法。

风机的动态特性和特性曲线


轴流扇和离心扇的性能曲线通过采用三种方式实现：




1. 导入Ansys Icepak数据库：利用现有的风扇性能数据集合，快速被系统识别和应用。

2. 手动输入PQ数据：根据特定需求，手动定义风扇性能与功率（P）和质量流量（Q）之间的关系。

3. 外部点数据：结合现有数据源的特性，构建自定义的扇特性曲线。


瞬态设置与计算配置

瞬态热模型设置了总计算时间达60秒，时间步长为1秒，每步输出计算结果。针对平均每步的最大迭代次数设置为120次，确保了动态温度控制的精细调整与快速响应能力。

温度监控与恒温控制计算

温度监控点设置：选取中心出风口位置为温度监控点，通过监控此区域的温度变化来实现动态恒温控制。

Ansys Icepak恒温监控功能：通过使用宏功能(Macro)，针对单个或多个热源器件设定温度控制点。实现按需启动和停止工作，以及调整热耗至原始值或零。

实例解析：温度转变的动态适应性

温度控制策略：在监控点U8的温度介于24°C至25°C时，热源器件U8、U10及U12的启/停状态依据温度相应调整。临时热沉设计允许设备在触发温度上限时立即停止工作，随后陆续重新启动，以避免温度上升。

风扇运行策略：在整个周期内，风机持续运行，确保温度迅速下降，同时没有影响其他动态调节过程。

总结与应用

Ansys Icepak及其功能宏的使用展示了在电子产品中集成动态温度控制的潜力，能够实现多层次的散热优化与性能监控。这一技术不仅在笔记本电脑等小型电子产品中有广泛应用，更是在数据中心设备的散热策略中发挥关键作用。通过考虑计算设备在复杂运行状态下的热处理要求，设计人员可以更好地预测和管理电子器件的热耗，进而确保系统的高效性能与长期可靠性。

这一案例强调了Ansys Icepak在现代电子产品热管理中的重要性，通过动态恒温控制实现了对功率器件调适和风机运转速度的精准优化，为提升电子产品性能和用户体验提供了有效途径。