分析瑞士核电站的CCI系统去污效果与安全壳过滤排放系统

下面以压接式GCT封装结构为例，利用ANSYS Workbench软件进行GCT的散热分析。

1.结构模型

为了分析图8-50所示的GCT压接式封装的散热特性，首先需要建立结构模型，表10-1给出了相关尺寸。仿真时，对芯片的体模型施加功率载荷，散热器和封装管壳的外表面与空气接触的区域施加自然对流换热系数和热辐射载荷。

表10-1 压接式GCT封装结构的相关尺寸

2.分析流程

（1）选择稳态分析系统

1）从Analysis Systems中调入Steady-State Thermal（ANSYS）[稳态热分析（系统）]，如图10-37所示。

图10-37 调入稳态热分析（系统）

2）工程命名Thermal analysis，另存工程名为Steady-State Thermal。

3）编辑工程数据模型，添加材料的热导率，右击鼠标选择【Engineering Da-ta】→【Edit】。

（2）确定材料参数

1）工程数据属性中增加新材料：【Outline of Schematic：Engineering Data】→【Click here to add new material】输入相应材料名称，如图10-38所示。

2）选择【Thermal】→【Isotropic Thermal Conductivity】。

3）选择材料属性【Properties of Outline Row】→【Isotropic Thermal conductivity】。

单击Value所对应的材料属性参数：热导率10W/m·K，见表10-2。

图10-38 添加材料参数

表10-2 材料参数

（3）用DM建立几何模型草图

1）双击【Geometry】，出现【Design Modeler】程序窗口，选择尺寸单位【Millimeter】。

2）在【Design Modeler】中XYPlane（工作平面）创建铜压块体截面草图，如图10-39所示。

3）选择【Sketching】。

4）选择【Draw】→【Polyline】。

5）在图形区坐标原点处单击鼠标左键，拖放鼠标画多段线，然后选择【Di-mensions】（尺寸标注），对各段线进行标注。

6）在【Details View】→【Dimensions】，设置各段线的相应尺寸。

（4）草图选择生成铜压块圆柱体（见图10-40）

1）选择【Modeling】模式。

2）选择矩形草图【XYPlane】-【Sketch1】。

图10-39 模型草图

图10-40 生成实体

3）工具栏中选择旋转命令【Revolve】。

4）选择旋转轴：图形区中单击Y轴。

5）确认旋转轴：【Details View】-【Details of Revolve1】-【Axis】=Apply。

6）设置旋转角度：【Details View】-【Details of Revolve1】-【FD1，An-gle】=360°。

7）生成实体：选择【Generate】。

8）重复步骤3）和4）分别建立芯片、钼片以及散热器等模型。

（5）将所有建立好的模型合为一体，选择全部模型，单击右键选择Form New Part.（见图10-41）

（6）进入【Mechanical】分析程序

图10-41 合成整体

切换回ANSYS Workbench窗口，选择【Setup】→【Edit】，进入【Mechani-cal】分析环境。

（7）添加材料参数，如图10-42所示。

1）选择相应的材料模型：【Model】→【Ag】。

2）对材料参数赋予相应的模型：【Details of“Ag”】→【Definition】→【Ma-terial】→【Assignment】。

3）重复步骤1）和2），将材料参数赋予其他模型。

（8）网格划分（见图10-43）

图10-42 添加材料参数

图10-43 网格划分

1）选择【Mesh】→【Generate Mesh】。

2）【Details of“Mesh”】→【Relevance】→-50。

3）【Sizing】→【Relevance Center】→Coarse。

4）单击【Update】进行网格划分。

（9）施加边界条件

首先，对芯片施加功率载荷，如图10-44所示。

图10-44 施加功率载荷

1）工具栏中选择【Heat】→【Internal Heat Generation】。

2）单击【Internal Heat Generation】。

3）确认选择：【Details of“Internal Heat Generation”】→【Geometry】→【Apply】→选择芯片的体模型。(www.xing528.com)

4）设置功耗：【Details of“Internal Heat Generation”】→【Definition】→【Magnitude】=1W/mm³。

其次，施加对流换热系数载荷，如图10-45所示。

1）工具栏中选择【Convection】。

2）单击【Convection】。

3）确认选择：【Details of“Convection”】→【Geometry】→【Apply】，单击面选择按钮，按住【Ctrl】键选择所有的外表面模型。

4）设置对流换热系数：【Details of“Convection”】→【Definition】→添加对流换热系数2×10^-5W/mm²℃和参考温度22℃。

再次，施加热辐射载荷，如图10-46所示。

1）工具栏中选择【Radiation】。

2）单击【Radiation】。

图10-45 对流换热系数载荷

图10-46 热辐射载荷

3）确认选择：【Details of“Radiation”】→【Geometry】→【Apply】，单击面选择按钮，按住【Ctrl】键选择所有的外表面模型。

4）设置对流换热系数：【Details of“Radiation”】→【Definition】→添加热辐射系数1和参考温度22℃。

（10）设置需要的结果（见图10-47）

图10-47 设置结果

1）选择【Solution】。

2）工具栏中选择【Thermal】→【Temperature】。

3）选择【Solve】进行求解。

（11）温度分布结果

求解结束后，选择【Temperature】得出整体温度分布，如图10-48所示。

图10-48 温度分布结果

（12）热应力分析（见图10-49）

图10-49 热应力分析

切换回Workbench窗口，用右键选择【Solution】→【Transfer Data To New】→【Static Structural】，再次进入【Mechanical】分析环境。

（13）确定材料参数（见图10-50）

图10-50 热膨胀系数

1）编辑工程数据模型，添加材料的热膨胀系数和弹性模量，右击鼠标选择【Engineering Data】→【Edit】。

选择【Physical Properties】，添加热膨胀系数参数。

2）选择【Linear Elastic】添加弹性模量和泊松比，如图10-51所示。

切换回Workbench窗口，再次进入【Mechanical】分析环境。

图10-51 弹性模量和泊松比

（14）施加边界条件（见图10-52）

图10-52 施加边界条件

1）选择【Static Structural】。

2）施加载荷：【Loads】→【Bolt Pretension】。

3）单击【Bolt Pretension】。

4）选择【Details of“Bolt Pretension”】→【Geometry】→【Apply】。

5）单击面选择按钮。

6）选择两个螺杆的侧面。

7）施加载荷1000N。

（15）导入热分析中的温度结果（见图10-53）

图10-53 导入温度结果

1）选择【Static Structural】→【Import Load】。

2）用右键单击【Import Load】。

（16）设置求解结果（见图10-54）

图10-54 设置求解结果

1）单击【Solution】。

2）选择【Stress】→【Equivalent（von-Mises）】。

3）单击【Solve】，进行求解。

（17）选择【Solution】→【Equivalent Stress】，查看热应力模拟结果

3.注意事项

1）添加材料参数时要注意单位的相互一致。

2）建模时，如果有多种材料模型，生成每个实体时按【Details View】→【Operation】→【Add Frozen】。

3）所有的模型建完后，要将所有的模型组装在一起形成一个新的整体。

4）热应力分析时，首先要选择所有的模型，才可将温度仿真结果导入。