航天產(chǎn)品溫度試驗熱仿真技術(shù)探討

1、航天產(chǎn)品溫度試驗熱仿真技術(shù)探討         1 引言    航天級產(chǎn)品具有高科技、高成本、研制周期長的特點，成本的很大一部分是消耗在環(huán)境試驗上。如何既能達(dá)到預(yù)期的試驗效果又能降低研制成本，縮短研制周期，成為現(xiàn)階段所面臨的一個難題。    近年來，電子計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為我們解決這一難題提供了新的方法和手段，數(shù)字仿真技術(shù)正逐漸應(yīng)用于航天產(chǎn)品環(huán)境試驗的各個領(lǐng)域。    2 環(huán)境試驗技術(shù)的發(fā)展和虛擬試驗的出現(xiàn)  &#

2、160; 環(huán)境試驗技術(shù)的發(fā)展趨勢是“更快、更好、更省”。隨著近年來計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代離散數(shù)學(xué)的飛速發(fā)展，形成了以有限元法FEM、有限差分法FDM、有限容積法FVM、邊界元法BEM 及有限分析法FAM 為核心的求解方法。這些方法的產(chǎn)生能使工程師對工程設(shè)計模型作出快速、準(zhǔn)確的仿真，使虛擬試驗技術(shù)得以實現(xiàn)，從而降低成本、縮短試驗時間和提高試驗的安全性。    在虛擬試驗的應(yīng)用方面，美國等發(fā)達(dá)國家的環(huán)境試驗室已成功將該技術(shù)應(yīng)用到了實踐中。例如，美國Sandia 公司開發(fā)了一套試驗仿真工具來支持振動試驗的設(shè)計以及用于評價一個組件或系統(tǒng)的整體可試驗性，該工具稱為振動試驗優(yōu)化虛擬

3、環(huán)境（VETO）。在溫度試驗熱仿真方面，由于物體傳熱的復(fù)雜性，建模較力學(xué)環(huán)境困難，相關(guān)應(yīng)用的文獻(xiàn)較少。但隨著FLUENT 的Icepak 等商用熱仿真軟件的出現(xiàn)，使溫度試驗熱仿真成為可能。    3 溫度試驗熱仿真的Icepak 軟件    Icepak 軟件是專業(yè)的、面向工程師的電子產(chǎn)品熱仿真軟件，可以解決封裝級、板級以及系統(tǒng)級的熱仿真問題。建模過程快捷、網(wǎng)格生成與計算都是自動進(jìn)行的。整個軟件采用統(tǒng)一的集成化的環(huán)境界面，還具有廣泛的模型能力、強(qiáng)大的解算功能和可視化后置處理。Icepak 軟件在求解溫度分布時，充分考慮了元件的幾何因素

4、、分布狀態(tài)導(dǎo)熱材料的傳熱系數(shù)及周圍環(huán)境條件等，因此，求解結(jié)果較為準(zhǔn)確。    4 溫度試驗熱仿真的實例    4.1 試驗狀態(tài)描述    某型電源機(jī)箱處于試驗狀態(tài)（見圖2），其內(nèi)部均分三層，外部尺寸為420X240X600mm?？偀峁?00W，其中變壓器50W/個，電感24W/個，可控硅40W，電容1W/個。    1)試驗箱內(nèi)部尺寸為1200X1200X900mm，進(jìn)風(fēng)扇流量為0.7m3/s，回風(fēng)口通透率87%。    2)試驗將在試件不通電

5、、通電兩個狀態(tài)下進(jìn)行25-50瞬態(tài)變溫、保溫過程。    4.2 試驗溫度剖面圖1 試驗溫度剖面圖    4.3 試驗建模    1)按照幾何參數(shù)和物理特性參數(shù)建立試驗仿真模型如圖2 所示，以試驗箱為邊界設(shè)立計算域。    2)將電源機(jī)箱底板112 個小孔簡化為格柵，采用非結(jié)構(gòu)化不連續(xù)網(wǎng)格，使總網(wǎng)格數(shù)控制在223505 個，縮短了求解時間，詳見圖3。    3) 試驗中考慮了試驗箱進(jìn)風(fēng)扇和試件通電時電源機(jī)箱風(fēng)扇強(qiáng)迫對流的影響，以及所有器件的熱傳導(dǎo)和熱輻射。