传导冷却模块仿真的边界条件

VITA 47 标准将模块的边界描述为最大值，根据类别具有不同的值。

这是一个方便的要求，因为很容易将温度边界条件应用于FEA ［有限元分析］模型中的界面表面并确定卡的热性能。如果热量均匀分布在卡上并且机箱接近等温，这也很有用。问题是，在某些条件下，这种方法会高估模块的热性能。

在构建 VPX 机箱和模块的热模型时，通常首先将模型分解为多个部分，以降低每个模型的复杂性。模块的导轨是拆分该模型的常见位置，甚至受到 VITA 47 标准的鼓励。该标准将模块的边界描述为最大值，根据类的不同具有不同的值。这是一个方便的要求，因为很容易将温度边界条件应用于FEA模型中的界面表面并确定卡的热性能。如果热量均匀分布在卡上并且机箱接近等温，这可能是一个很好的边界条件。问题是，在某些条件下，这种方法会高估模块的热性能。以下三个条件应导致重新考虑简单的温度边界条件。

• 沿卡片长度的高热通量或不均匀的通量

当热通量高，或热量全部偏向卡的正面或背面时，可以在卡的正面和背面之间产生较大的温度梯度。当在界面表面上应用恒温边界条件时，它将迫使楔形锁上的磁通量不均匀。当在系统模型中施加楔形锁的电阻时，它假设沿其长度的磁通量恒定，这可能导致性能的显着减少折痕。在模块到机箱接口区域中使用传热系数可以显着证明这些类型模块的模型。如果底盘导轨相对等温，只需将其用作参考温度，并根据楔形锁性能计算系数。

• 沿底盘导轨的温度梯度大

与上述问题类似，沿导轨具有明显温度梯度的机箱将导致进入机箱的热通量不均匀，从而导致对卡和机箱性能的预测不准确。在机箱中，这可能是由多种原因引起的，包括液体流动分布问题、液体从机箱吸收热量时的温升，以及热量传导到远程冷壁时的传导梯度。在这些情况下，从模块的 FEA 模型开始，但建议快速构建一个同时包含机箱和模块的系统模型。

• 机箱的附加热接口

当工程师围绕越来越高的热量输出进行设计时，他们经常被迫在 VPX 标准之外运行，以提高系统的热性能。实现这一点的一种方法是添加传热路径来补充导轨上的冷却。这通常是通过在模块背面添加一个表面来完成的，该表面通过接口材料由机箱冷却。添加这些表面可以显著提高系统的性能，但很快就会使热模型复杂化。这些系统具有多条热量流向最终汇的路径，因此准确捕获热量分布至关重要。

解决此问题的一种方法是构建模块和机箱的电阻模型，然后将网络节点的温度应用于组件模型。该模型的挑战在于，它通常需要在系统电阻网络模型和模块模型之间进行迭代。验证两个模型在通过每个接口的温度和热流方面是否一致至关重要，以确保系统的准确表示。类似地，与前面部分中描述的方法类似，使用传热系数进行模块级仿真可以帮助减少迭代次数，同时更准确地捕获通过接口的热流。

传导增强功能

为了充分利用热组件，尽可能多地等温化单个组件以提高其性能和网络中下一个组件的性能至关重要。以热管、脉动热管或退火热解石墨形式进行的被动传热增强是实现这些改进的简单方法，而不会增加系统的复杂性。我们建议将热管用于大多数应用，因为它们的经济性、优于大多数其他技术的能力以及它们在极端环境中的良好记录。它们支持广泛的集成选项，包括嵌入薄至.100“的板中。这种增强可以对模块框架和机箱进行，并且可以缓解上述许多建模问题。改进这些系统的另一种简单方法是使用 ACT 的 ICELOK 作为楔形锁，与 COTS ［商用现成］ 楔形锁相比，它可以将楔形锁电阻降低多达 30%，并且可以集成到大多数 VPX 模块中，而无需进行实质性修改。

审核编辑：郭婷