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热设计实验报告
热设计实验报告

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**＊＊*＊*****＊大学

电子机械综合实验 课程实验报告

实验名称 电子设备热设计综合实验

成 绩

机电工程 学院 *＊＊*＊* 班
姓名 *＊*＊** 学号 ＊**＊*＊＊**＊
同作者 ＊***＊＊*＊＊***＊*＊*
实验日期 2016 年 12 月 26 日

指导教师评语:

指导教师:
年 月 日
实验报告内容基本要求及参考格式
一、实验目的
二、实验所用仪器（或实验环境）
三、实验基本原理及步骤（或方案设计及理论计算）
四、实验数据记录（或仿真及软件设计）
五、实验结果分析及回答问题（或测试环境及测试结果)
六、实验小组个人工作内容及实验总结

电子设备热设计实验第一阶段实验报告

一、实验目的
在电子机械设备正常运转和工作中,由于阻性元件的存在不可避免地会产生大量热量。如果不能将产生的热量及时导出设备体外，则会导致设备器件表面温度上升，温度超过规定后势必影响该设备的功能实现。尤其是如今电子元器件高度集成化，其散热问题则更加尖锐和突出。
本实验旨在模拟一个电子设备的发热模型，通过常见的散热方式对设备进行散热处理,通过实验结果的对比分析,探究常见散热方法的散热效率。同时，借助相应热分析软件icepak进行实验的仿真，熟悉该软件的使用过程，并将仿真结果与实验结果进行对比，分析产生误差的原因。最终基于多组实验的实验结果分析，探究散热效率最高的散热方式。

二、 实验器材
电子设备模拟发热实验平台 1套
测量工具（包括游标卡尺及直尺等） 1套
多路温度巡检仪 1台
实验平台主机 1台
温度采集仪 1个
散热风扇 1个
肋板散热器 1个
热电偶测温仪 1套

三、实验内容
搭建电子模拟发热实验平台,并连接PC分析端。在初步实验探究自然对流散热模型时，分别设置陶瓷发热片的发热功率为4w和5w，观察温度变化曲线，当温度区域稳定时,记录该发热功率下发热片的最高温度。
得到实验结果后，在icepak热分析软件中搭建此平台模型，设定实验装置各相关参数，分别进行模拟仿真。得到温度云图后记录对应发热功率下最高温度，与实际实验结果对比，分析实验误差产生的原因，并且探究更为有效的散热方试。

四、实验步骤
一、 实测过程
1、搭建电子发热模拟装置；
2、连接温度采集仪、A/D转换器及PC分析端；
3、分别设置发热片功率为4W和5W时，记录此时发热片的温度；
4、测量模拟发热装置的几何尺寸。
5、实测数据记录。
实验结果： 室温：25.5℃
热源发热功率
4W
5W
热源表面温度/℃
96.5
103

二、仿真过程
问题描述：机柜包含有一个陶瓷发热片,6个wall作为设备壳体，5个开孔opening，2个支架block，一个基板plate和一个发热片block。设置发热片功率为4W和5W，当环境温度为25。5℃时，测量其表面温度。
1、打开一个新的project；
2、建立模型；

3、网格生成；

4、检查气流；
5、保存文件；
6、求解计算；
7、检查结果。

最终,我们设定热源发热功率为5W,得到热源表面温度云图如下所示：

综合实测记录数据及实验仿真结果对比，可得：
发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
103
97。65
5.48％

五、 实验结果分析
经过实际进行实验测量与在icepak软件上仿真的结果相对比，可以发现，实际所测与仿真结果仍存在较大差异，这其中误差的来源有许多,我们小组经过对实验过程的分析讨论,认为以下影响因素是导致产生误差的主要原因。
1、 首先是对于实验电子发热模拟装置的测量存在误差，比如对于实验的箱体、发热源、亚克力板的厚度等测量存在误差,最终导致所建立的模型存在形体上的偏差,进而导致实验结果也产生了一定的影响；
2、 另外，在使用热电偶测温仪测量发热源表面温度时,由于热电偶与发热源接触不充分导致热电偶测温存在偏差。而且由于使用胶带进行固定，对于热源表面的温度场也会产生一定的影响。还有，由于记录温度时由于温度未达到理想的稳定状态就进行记录,也会造成实验的误差；
3、 在进行实际的实验测量时,由于周围人员的走动从而影响了测量装置周围的流场，在对于测量自然对流的散热情况时，这一因素影响较为显著；
4、 当然，由于对于热仿真软件icepak本身使用的不熟悉，在建立模型时存在误差,在设定各个模块的参数时会有疏漏甚至于错误,当然，这些对于实验结果都是有影响的.

六、 实验总结
此次实验的内容是对于自然对流情况下的散热状况进行模拟仿真，当然，物体主要靠三种换热方式进行散热：自然对流、导热和辐射.在此次实验中，主要考虑了自然对流对于热源散热的影响.
此次试验过程中存在很多问题,不仅有实验过程中还有在课下进行实验仿真时。在实验过程中，首先对于实验装置的尺寸测量就是一个不小的难点.如何利用游标卡尺去准确地测量每一个实验装置的尺寸，怎样确定它们的定位尺寸都是需要技巧和极大的耐心的。另外一方面，如何学会去使用现场仪器，去懂得如何设定每个参数以及弄懂它们的含义也是至关重要的。而且，在测量温度时，对于记录温度也是需要极大的耐心，要等到热源表面温度趋于稳定时在进行记录，否则便会引起实验结果出现较大的误差。当然在这个过程中学长与老师也给予了很多耐心的解答与帮助,使我们能很快的进入实验状态.
在进行仿真的过程中，对于如何建立模型又是个难点.虽然已经得到了实验装置各个部件的具体形位尺寸和它们的定位尺寸，但如何将这些尺寸转化为三维坐标又需要很大的耐心。之后再一步步进行网格的划分、求解以及最后得到温度云图和速度向量图。仿真过程中需要谨慎地设定每一个物体的参数，比如说发热源的功率,以及对流换热系数和材料的导热系数等。只有这些统统都准确无误才能得到最终准确的结果。
通过这次实验,才发现理论与实践是存在差异的。可能在课堂上学习热设计的相关知识时，觉得并没有那么难。可是当我们遇到真正地实践工程问题时，才是对于我们实际掌握能力的准确考察。因此,通过此次实验,我们意识到不仅要扎实学习课本上的知识，还要紧密联系实际,将理论知识运用到实际工程问题中去检验，才是我们能力素质的实质性提高。

七、 个人工作内容及收获
在此次实验中，我主要负责使用热仿真软件icepak进行整个实验装置的建模和热仿真分析与计算。当然也是第一次接触此类热仿真软件的使用，在建模以及之后进行计算的过程中遇到了不少的问题.建模中对于三维形位尺寸以及定位尺寸的确定着实需要耐心，对于材料导热系数、对流换热系数的设定刚开始就忽视了，还有重力方向的设定，由于不熟悉软件的使用而出现了好多问题，通过自己在网上找资料去熟悉该软件的使用，还询问了学长，老师与学长都给予我很大的 帮助，在此我要感谢他们。当然,也参与了实验过程中实测温度的测量与记录工作，课后组员之间经常沟通讨论,对于实验和仿真过程中遇到的问题去讨论分析，共同去解决。
当然，通过此次实验，不仅对于icepak软件的使用有了很好地掌握，也对于课堂上之前学过的热设计知识温故而知新。很好地将理论与实践进行结合,通过具体的工程问题去检验自己知识掌握的程度以及灵活运用的程度。在实验和仿真过程中遇到的问题自己去解决,才真正提高了自己解决问题的能力，通过与组员之间的密切交流，也提高了在团队协作中如何去发挥团队的力量。

电子设备热设计实验第二阶段实验报告
一、实验目的
在电子机械设备正常运转和工作中,由于阻性元件的存在不可避免地会产生大量热量。如果不能将产生的热量及时导出设备体外,则会导致设备器件表面温度上升，温度超过规定后势必影响该设备的功能实现。尤其是如今电子元器件高度集成化，其散热问题则更加尖锐和突出。
本实验旨在模拟一个电子设备的发热模型，通过常见的散热方式对设备进行散热处理，通过实验结果的对比分析，探究常见散热方法的散热效率。同时，借助相应热分析软件icepak进行实验的仿真，熟悉该软件的使用过程,并将仿真结果与实验结果进行对比，分析产生误差的原因。最终基于多组实验的实验结果分析，探究散热效率最高的散热方式。
实验通过设计多组散热方式，进行实验和仿真模拟，探讨如何去降低热源表面温度.通过多组实验的对比分析，最终得到最好的散热方试。

二、实验器材
电子设备模拟发热实验平台 1套
测量工具（包括游标卡尺及直尺等） 1套
多路温度巡检仪 1台
实验平台主机 1台
温度采集仪 1个
散热风扇 1个
肋板散热器 1个
热电偶测温仪 1套

三、 实验内容
此次实验为探究最佳的散热方式，根据现有的实验器材,进行多种散热方式的组合去进行实验。进过组员之间的讨论分析，最终确定使用风扇进行散热,从而将其结果与自然对流散热方式进行比较，探究风扇的散热能力。另外,加上翅片散热器进行散热，同样，探究翅片散热器对于散热效果的影响.最后一种则是同时加上风扇和翅片散热器，来探究这两种散热方式组合时所产生的散热效果.
我们进行了三组实验方案的设计和实施,并且分别作了仿真模拟分析，分别是:自然对流与强迫风冷对比、自然对流与散热器散热对比、自然对流与同时加散热器与风扇相对比。当然，也有之间的进一步对比,来分析讨论每种散热方式的效果,从而确定最佳的散热方案。

四、 实验结果与仿真结果的对比分析

1、 风扇在侧、开孔全开且发热功率为5W情况下
(1）实验实测结果记录
环境温度/℃
风机转速/RPM
热源功率/W
热源表面温度/℃
20.3
4280
5
70.9

（2） 仿真过程
1）此种情况建模如下：

2）划分网格：

3） 结果显示:（下图分别为温度云图和速度矢量图）

仿真与实测结果对比：

发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
70.9
66。13
7。21%

2、 加翅片散热器、开孔全开且发热功率为5W情况下
（1） 实验实测结果记录

环境温度/℃
热源功率/W
热源表面温度/℃
20。1
5
80.8

（2） 仿真过程
1）此种情况建模如下：

2） 划分网格：

3） 结果显示：（下图分别为温度云图)

仿真与实测结果对比：

发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
80.8
84。84
5％

3、 风扇在侧、加翅片散热器、开孔全开且发热功率为5W情况下
（1）实验实测结果记录
环境温度/℃
风机转速/RPM
热源功率/W
热源表面温度/℃
21。3
4280
5
37.5
(2）仿真过程
1）此种情况建模如下：

2） 划分网格：

3） 结果显示:（下图分别为温度云图)

仿真与实测结果对比:

发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
37.5
38.79
3.441%

五、 实验结果分析
发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
103
97。65
5.48％
1、自然对流
2、风扇在侧、开孔全开且发热功率为5W情况下
发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
70。9
66.13
7.21%
3、加翅片散热器、开孔全开且发热功率为5W情况下
发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
80。8
84。84
5%
4、风扇在侧、加翅片散热器、开孔全开且发热功率为5W情况下
发热功率/W
实测结果/℃
仿真结果/℃
误差
5
37.5
38.79
3。441%

1组和2组对比，在自然对流情况下,实测热源表面温度为103℃,而当在侧面加了风机时，温度则降到70。9℃，效果明显。从此组实验结果的对比中可以得到结论：自然对流散热效果有限，而风机具有良好的散热效果.因此，在实际工程应用中，风机散热扮演了很重要的角色。

1组和3组对比，当加上翅片散热器后，与自然对流情况下相对比，仍获得了很好的散热效果，由此组实验结果的对比分析可以得到结论：相比于自然对流，加上散热器后的降温效果要明显的多.

2组和3组对比，将2组和3组的实验结果相对比可以发现，当仅仅只加风扇时，温度降到70。9℃，而当仅仅加上翅片散热器后,温度降到了80。8℃。这两组实验的对比,可以看出，在一般情况下，风机的散热能力要强于普通翅片散热器的散热效果。

1组、2组、3组和4组对比，将这4组实验放在一块儿进行比较可以看出，当我们把两种散热方式组合应用时，所产生的降温效果是最为显著的，它将热源表面的温度降到37。5℃，散热效率在所有的实验中是最佳的。由此我们不难得出结论:根据这几组实验的综合分析，当把翅片散热器和风机组合使用进行散热时，散热效果最佳。

六、 实验总结
通过第二阶段实验的进行，才真正懂得了如何去探究一个问题。在这些组别的实验过程中,仍旧会出现第一阶段所遇到的种种困难.但有了第一阶段的实验过程后，对于整个实验过程和仿真过程的熟练程度已经有了很大的提高，所以也会顺利很多。
第二阶段的关键在于对于一个具体问题的探究与分析.老师所给的题目属于开放性的实验项目，要求我们想办法去降低热源表面的温度，而剩下的就要我们自己去设计具体的实验方案再加以验证，通过之前的假设、之后的验证，还有实验结果的对比分析,去讨论每种散热方式的优劣。然后在综合所有的实验项目,分析得到最佳的降温方案。其实这个过程与工程实践中的流程趋于一致，也是对于我们知识掌握程度最大化的考察。当我们遇到具体的问题时，先分析问题，再提出假设，然后根据假设设计相应的实验去验证,再对实验结果进行反复的对比与分析，找到最佳的方案.
七、 个人工作内容及收获
在第二阶段的实验中，我主要是负责热设计模型建立与仿真分析与计算。在这个过程中对于整个实验的把握和热分析软件的使用更为熟悉，而且对于如何去完成一个具体工程问题的具体过程有了大致的了解.当然，实验方案的确立是基于全组成员的共同讨论和交流，然后分析所做假设的可行性，再确立最终的实验方案。在进行实验实测的过程中，也参与了实验数据的采集与记录，在之后撰写报告的过程中也有参与排版。
总之，经过这次热设计实验，我有了很大的收获与提升.首先是对于之前热设计课程课堂上学习的知识进行了全面的应用,使自己对于知识有了全新的认识，看到了理论知识在实践中的基本运用。另外,对于此次热设计装置有了主观上感性的认识,使自己对于如何去搭建一个简单的热设计实验装置有了进一步的了解,对于以后进行此方面的实验有了莫大的帮助.还有，这次热设计实验使我初步掌握了icepak热仿真软件的基本应用,会通过该软件进行简单的热仿真和热分析，以后如果在此方面有需要，肯定会有很大的益处。
当然,这一切的收获都来源于组内成员之间的团队协作,大家对于具体问题提出自己的看法，然后进行交流与讨论确立行之有效的实验方案，这促使实验顺利的进行。组内成员之间分工明确,每个人都有自己相应的任务,每一项成功都来源于每一个成员的努力。在这个过程中,我们体会到了团队协作的巨大力量,也提高了每一位成员的团队协作意识。我相信,这对于每一位组员今后的发展都大有裨益。在整个实验及仿真过程中遇到了诸多问题，老师及学长给予了我们很大的帮助，在此,我要特别感谢老师与各位学长!