使用comsol軟件模擬電路板在空氣中的散熱效果的案例分析1.1軟件模型的介紹下面介紹如何使用comsol軟件模擬電路板在空氣中的散熱效果。采用多種冷卻介質(zhì)（空氣、二氧化碳、氫氣、氮氣等）對多層集成電路板進行冷卻。圖2顯示了兩種可能的冷卻方法，自然和強制。在這種情況下，（強制）流動的氣流控制冷卻。結合流體的流動，實現(xiàn)高精度的傳熱模擬模型。圖2：兩種對流方式通常描述熱通量使用電阻率h，傳熱方程很容易求解。但是，需要確定簡化所需的系數(shù)。對于許多特殊情況來說，這是一個不容易的地方。另一種方法可以準確估計傳熱系數(shù)，而且能很好解釋溫度速度等變化和傳熱的聯(lián)系，就是將流場與模型結合進行熱分析。但是模式較為復雜。由FR4板料和硅固體組成的電路板系統(tǒng),模型風冷。表4原始尺寸如下：IC板硅片空氣長（mm）13020130寬（mm）2210此模型示例是自然對流。簡化模型考慮了一個二維橫截面，該橫截面從電路板的背面穿過IC行的中心到下電路板的背面。圖3描述了二維幾何。圖3：2維的幾何模型此模型使用共軛傳熱研究，輸出為1.25mw/m3。它是側面實際平均加熱功率的2/3，由于開槽的影響。（見表5）表5模型的參數(shù)：名稱表達式描述q_source(2/3)*1.5[W]/(20*20*2)[mm3]1.25E6W/m3在每個單位上的發(fā)熱功率T0300[K]300.00K空氣溫度Patm1[atm]1.0133E5Pa冷卻介質(zhì)壓力外部空氣溫度恒定，上下邊界是開放邊界。它也適用于主板和芯片表面沒有滑動的情況。還應設置水平邊界和溫度周期，使溫度等于邊界上的值，適用所有內(nèi)部邊界內(nèi)的溫度的連續(xù)性以及熱通量的連續(xù)性。下圖4模型為空氣冷卻（分為速度場和溫度場）：圖4：在空氣冷卻下，電路板的溫度場和速度場分布從圖4看出，隨著冷卻工質(zhì)從入口進入，溫度從最底部到最頂部顯著升高，這是元件所散熱量被空氣攜帶而走。另一個結果是，盡管導熱系數(shù)很小，電路板的背面仍有很大的散熱能力。1.2評價指標的確定本文采用的評價指標為均值、方差、平滑度、三階矩、一致性、熵六種。設z為數(shù)據(jù)值的隨機變量,并設p(zi)為對應區(qū)域中值的概率分布(i=0,1,…,L-1)。L是可區(qū)分的灰度級數(shù)[11]。則z的均值的第n階矩為： (2-1)式中m為z的平均值1.1.1均值m統(tǒng)計域中的平均值在電路板的溫度描述中很關鍵。反映為區(qū)域或者圖像的均值。均值m可表示為： （2-2）1.1.2標準差（方差）σ標準差是電路板溫度中的一個重要參數(shù)，可表示為： （2-3）式中為隨機變量的二階矩。在概率統(tǒng)計中經(jīng)常作為統(tǒng)計分布程度上的測量依據(jù)，它可以反映出溫度的波動程度。1.1.3平滑度R對標準偏差的評論也適用于平滑度R，因為平滑度和標準偏差衡量的對象本質(zhì)上是相同的。可表示為： （2-4）1.1.4三階矩三次矩反映直方圖中的歪斜程度。如果圖像向左偏離，則測量值為負，如果圖像向右偏離，則測量值為正，如果圖像對稱，則測量值為零。可以表示為： （2-5）1.1.5一致性U一致性可以表示圖像值分布的均勻程度?？杀硎緸椋? （2-6）1.1.6熵e熵是穩(wěn)定性的度量，如果該值很大，則表示圖像值分布隨機性很大。熵值為0時，則表示圖像具有恒定值。因此熵變和一致性變化相反?？杀硎緸椋? （2-7）六個評價指標的程序由Matlab編寫以及計算(見附錄A)，計算結果如下表6和7：表6速度場：平均值方差平滑度三階矩一致性熵空氣0.14210.11950.01415.4590e-040.0110585.4435表7溫度場：平均值方差平滑度三階矩一致性熵空氣353.012626.34840.9986-5.8341e+031.2599e-04-1.1686+10圖5：Ma