基于ICEPAK软件的投影机散热仿真分析

基于ICEPAK软件的投影机散热仿真分析杨清波利达光电股份有限公司光机研究所2009-8-19摘要：本文主要介绍了使用ICEPAK软件进行投影机散热仿真分析计算的主要过程和结果。关键词：投影机热设计散热仿真分析ICEPAK一．引言投影机属于高精尖的光机电一体化产品，内部元器件对温度十分敏感，加之内部构造的复杂性，其自身对于温度的要求比较苛刻，因此投影机同众多电脑部件一样涉及到散热的问题。散热系统设计的好坏，直接影响到投影机的稳定性和使用寿命。要想进行散热分析设计，首先要简要了解一下投影机的工作原理并且知道其内部什么地方是热量的主要来源。在投影机工作时，需要强度很高的光源。要保证这样高强度的光源输出，投影机就必须采用大功率的灯泡，而大功率的灯泡长时间工作的话，势必会积聚很大的热量。这些热量汇聚在投影机的光源附近，这样这么集中的热量、这么强大的功率就势必要向投影机外围扩散，于是这个热源成为投影机散热的一个重点。投影机在正常工作时，在考虑灯泡的散热需求外还要考虑其他部件的温度控制需求。DMD芯片是DLP投影机成像的核心部件，它的工作温度同样有严格的温度需求。另外保证投影机稳定工作的驱动电路和其他敏感部件也有不可忽视的散热问题。投影机在整个设计的过程中散热设计贯穿始终。从一开始的散热系统布局到最终状态的散热风扇工作参数确定，需要花费大量的时间周期和人力物力。但是通过散热分析仿真模拟可以再设计初期为整体散热布局进行评估，从而减小后期设计更改的风险性。同时优化的散热系统为减少不必要的散热成本损失。二、软件介绍Icepak软件是一款专业的电子产品热分析软件。该软件采用的是FLUENT计算流体力学（CFD）求解器。该求解器能完成灵活的网格划分，能够利用非结构化网格求解复杂几何问题。Icepak软件本身具有强大的建模功能，同时也可以将其他CAD、CAE模型输入计算。三、建模与仿真计算在模型构建过程中，基本采用1：1比例进行模型构建。在不影响计算结果和便于简化计算的情况下对个别元件进行了简化。如下图所示：投影整机建模过程灯泡的建模是重中之重，需要对其进行网格嵌套。采用非连续型网格对灯泡单独进行细化网格。如下图：在模型构建完成后，输入各种元件的材料热属性参数（热功耗，材料热传系数等）。然后对整体的散热风扇布局进行设置。如风扇体积大小，风量曲线设定等等。输入风扇的风量、风压曲线及、散热器选材和散热系数。对模型构建网格（分析计算的基础）。网格构建完毕，进一步进行细化。（如图）在网格细化完成后，对计算的环境参量进行定义。本散热方案为复杂的强制对流制冷。因此在流动类型选择时采用湍流模式。对重力、辐射、环境温度以及环境压强进行定义。运行求解器进行求解。四、计算结果求解报告如下：（1）系统工作状态温度云图（2）系统工作状态风速场图（3）灯杯温度分布云图（4）点灯器温度分布云图该灯的灯杯正常工作温度为325摄氏度，模拟后灯的温度范围为265——237摄氏度。满足工作要求。点灯器和电源的工作温度不能高于100度，色轮、电路板以及DMD芯片也都必须在正常工作温度要求范围之内。五、结论通过上述散热仿真分析计算。结果表明，投影机灯壳灯芯的最大温度和平均温度、以及电源和点灯器的最大温度均满足器件性能的要求。结果说明了用Icepak软件进行投影机散热仿真具有可行性，同时也可以为以后的投影机散热仿真提供一定的借鉴作用。参考：【1】赵惇殳.《电子设备热设计》.电子工业出版社，2009.03。【2】胡学功.《先进热管理技术及其应用》.中国科学院工程热物理研究所传热传质学研究中心。