电子产品热设计与工程案例

电子产品热设计与工程案例分析第一部分热设计的理论基础第一部分热设计的理论基础1.1、准确认识热设计1.2、热源与热阻1.3、热量传递的基本方式与有关定律1.4、热控制方法的选择1.1准确认识热设计模块功率逐年增长趋势芯片级的热流密度高达300W／cm2数量级，甚至已经达到1000

W／cm2数量级其结温要求低于100°C太阳表面热流密度10000W／cm2数量级其表面温度可达6000°C一、电子装备面临的热设计挑战1.1准确认识热设计图

电子产品失效的主要原因

来源：美国空军航空电子整体研究项目过热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大问题之一——（强度与振动、散热、电磁兼容）1.1准确认识热设计（1）热设计目标、内容与工具热设计的目标热设计目标应首先根据设备的可靠性指标与设备的工作环境条件来确定，热设计目标一般为设备内部元器件允许的最高温度。已知设备的可靠性指标，依据GJB/299B－1998《电子设备可靠性预计手册》中元器件失效率与工作温度之间的关系，可以计算出元器件允许的最高工作温度，此温度即为热设计目标。工程上为简便计算，通常采用元器件经降额设计后允许的最高温度值做为热设计目标。2、热设计内容与学习方法、设计过程1.1准确认识热设计热设计内容定义1——“根据热设计目标及设备的结构、体积、重量等要求进行热设计，主要包括冷却方法的选择、元器件的安装与布局、印制电路板散热结构的设计和机箱散热结构的设计。定义2——为芯片级、元件级、组件级和系统级提供良好的热环境及低热阻散热通道，保证他们能按预定的参数正常、可靠地工作。”定义3——利用热传递特性，针对耗热对象，采用合适的结构设计和冷却技术，对其温升进行控制，保证其正常、可靠工作。1.1准确认识热设计热设计分科界定（1）热设计（热结构）

在所处环境下，合理设计热传递结构、冷却方法，保障设备内所有元器件不超过最高允许温度。（2）热分析（热模拟）

利用数理模型，或通过计算机模拟，在设计阶段获得温度分布，预先发现产品的热缺陷，从而改进其设计。（3）热评估

评估热设计是否合理的方法和手段。（4）热试验

将设备置于实际（或模拟）热环境中，测量其温度或温度分布1.1准确认识热设计热设计理论工具热量传递的基本理论、经验公式结构设计经验方法计算流体力学和计算传热学（CFD）热测试仪器和手段

可参考的国内书籍邱成悌、赵惇殳电子设备结构设计原理，东南大学余建祖，电子设备热设计及分析技术，北航出版社王健石，电子设备热设计速查手册，电子工业出版社刘静，液体金属导热材料

（2）热设计的实施过程1.2热源与热阻电子设备工作过程中可能的三种热量来源自身功率——功率元件耗散的热量设备工作环境——通过导热、对流、辐射形式，与电子设备进行热量传递自身与环境作用——设备与大气相对运动，摩擦增温热量去处：热沉（环境）热设计原则：热源至最终热沉之间的总热阻最小解决热阻的办法，两方面入手：控制电子元器件的内热阻控制电子元器件或整机设备的外热阻。1.2热源与热阻热阻定义：外热阻的控制方式：（1）散热

利用空气或液体作为冷却介质，靠自然对流或强制对流方式，带走耗热。（2）制冷

利用热电冷却、固体升华过程吸热、液氮蒸发过程吸热等方式进行制冷，使设备工作环境温度低于周围环境温度。（3）恒温

利用相变材料的吸、放热过程，可变导热管的控温特性以及热电效应，使设备工作温度严格恒定在某一温度值，保证其工作的稳定性。（4）热管传热

利用热管高效传热的特性，解决大温差环境条件下温度的均衡，密闭机箱内热量的传递，减少温差对设备的危害。1.3热量传递的基本方式和有关定律一、热量传递的三种基本方式：导热、对流、辐射二、导热（热传导）傅立叶导热定律：定义热流密度：

对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：

由此可得导热热阻计算公式为：

A为垂直于热流方向的截面积；λ为材料的导热系数，单位W/(m·K)，它是表征材料导热能力优劣的物性参数。导热问题的热电比拟关系：三、对流换热牛顿冷却公式：由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：⑴基本概念及计算式通过量纲分析法，可得对流换热的两个准则方程自然对流强迫对流

其中α为对流换热系数，单位W/(m2·K)，表征了换热表面的平均对流换热能力。几个准则数的计算公式及物理意义：努塞尔数：雷诺数：普朗特数：格拉晓夫数：

L——特征尺寸，m；

u——流体速度，m/s；

cp——比热容，kJ/(kg·K)；

μ——动力粘度，Pa·s；

λ——导热系数，W/(m·K)；

αV——体膨胀系数，℃－1；

g——重力加速度，m/s2；

ΔT——流体与壁面的温差。用准则方程求出Nu后，即可求出对流换热系数：四、辐射换热式中：ε——物体的表面黑度（表面辐射率）；

σ0

——斯蒂芬—玻尔兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4)；

A——辐射表面积，m2；

T——物体表面的热力学温度，K。

减小辐射热阻的措施1.表面辐射率要高；2.辐射体与吸收体之间要无障碍；3.辐射面积要大。辐射能以电磁波的形式传递任意物体的辐射力可以用下式计算：专题热阻分析法(热电模拟)一、热电模拟方法将热流量（功耗）模拟为电流；温差模拟为电压（或称电位差）；热阻模拟为电阻，热导模拟为电导；对于瞬态传热问题，可以把热容（cpqm）模拟为电容。这种模拟方法适用于各种传热形式，尤其是导热。二、热电模拟网络利用热电模拟的概念，可以解决稳态和瞬态的传热计算。恒温热源等效于理想的恒压源。恒定的热流源等效为理想的电流源。导热、对流和辐射换热的区域均可用热阻来处理。热沉等效于“接地”，所有的热源和热回路均与其相连接，形成热电模拟网络。三、传热路径从实际传热观点而言，热设计时应利用中间散热器，它们一般属于设备的一部分，通常为设备的底座、外壳或机柜、冷板、肋片式散热器或设备中的空气、液体等冷却剂。热流量经传热路径至最终的部位，通称为“热沉”，它的温度不随传递到它的热量大小而变，即相当于一个无限大容器。热沉可能是大气、大地、大体积的水或宇宙，取决于被冷却设备所处的环境。四、热阻的确定确定热阻的步骤a.根据对每个元器件的可靠性要求，确定元器件的最高允许温度b.确定设备或冷却剂的最高环境温度c.根据上述两条规定，确定每个元器件的允许温升d.确定每个元器件冷却时所需的热阻热阻的计算a.导热热阻和对流热阻的计算式参见前面内容b.辐射换热网络法任意两表面间的辐射网络如下图所示：图中Eb1和Eb2分别代表同温度下的表面1和表面2的黑体辐射力；J1和J2分别为表面1和表面2的有效辐射。应用例：芯片封装热阻的电网络模拟从晶片传到外壳经过5个环节晶片的热阻；晶片粘接剂（导热胶）热阻基底(substrate)的热阻基底粘接剂（焊锡）热阻封装(package)的热阻1.4热控制方法的选择冷却方法可以根据热流密度和温升要求，按右图关系进行选择。这种方法适用于温升要求不同的各类设备的冷却由右图可知，当元件表面与环境之间的允许温差ΔT为60℃时，空气的自然对流（包括辐射）仅对热流密度低于0.05W/cm2时有效。强迫风冷可使表面对流换热系数大约提高一个数量级，如在允许温差为100℃时，风冷最大可能提供1W/cm2的传热能力。第二部分以空气为介质的冷却2.1、空冷首先应当重视对流2.2、空冷中的传导2.3、风冷中的风道设计与风机选用2.1、空冷首先应当重视对流一、空冷对流设计一般原则1）器件、印制板的排布原则风冷将耐热性能好的放在冷却气流的下游，耐热性能差的应放在冷却气流的上游。发热区的中心线，应与入风口的中心线相一致或略低于入风口的中心线，这样可以使电子机箱受热而上升的热空气由冷却空气迅速带走。当风冷系统的冷却气流经多块印制板组件时，印制板的间距应控制在13mm左右器件尽量交错方式排列，以增强紊流。必要时可在空位增设紊流器。自冷温度分区（与风冷同）

按耐热程度分区：耐热性差的放气流上游，耐热性好的电子元器件放在下游。

按发热量分区：如把大规模集成电路放在冷却气流的上游处，小规模集成电路放在下游，以使印制板上元器件的温升趋于均匀。自冷印制板的间距应控制在不小于19mm，电路板上电子元件安装高度相差比较大时，应保证最高元件与屏蔽盒内壁之间的间隙不小于23mm，否则将影响盒子中部的自然对流。有利紊流

电子元器件安装的方位应符合气流的流动特性及有利于提高气流的紊流程度。2）热设计的检查自然冷却是否使用最短的热流通路？是否利用金属作为导热通路？电子元器件是否采用垂直安装和交错排列？对热敏感的元器件是否与热源隔离，当二者距离小于50mm时，是否采用热屏蔽罩？对于发热功率大于0.5W的元器件，是否装在金属底座上或与散热器之间设置良好的导热通路？热源表面的黑度是否足够大？是否有供通风的百叶窗口？对于密闭式热源，是否提供良好的导热通路？强迫空气冷却流向发热元器件的空气是否经过冷却过滤？是否利用顺流气流来对发热元器件进行冷却？气流通道大小是否适当？是否畅通无阻？风机的容量是否适当？抽风机或鼓风机是否选择恰当？风机电动机是否得到冷却？对风机故障是否采用防护措施？空气过滤器是否适当？是否易于清洗和更换？是否已对设备或系统中的气流分布进行过测量？关键的功率器件是否有适当的气流流过？是否测量过功率器件的临界温度？是否测量过风机的噪声？易损坏的散热片是否有保护措施？在机载电子设备中，是否具有防水措施？1）自冷——合理开设通风孔通风孔散热的热量计算公式：H——自然冷却设备的高度（或进、出风孔的中心距）（cm）;A0——进风孔或出风孔的面积（取较小值）（cm2）——设备内部空气温度t2与外部空气温度t1之差（℃）。二、尽量增大对流效果开设通风孔的基本原则：开设通风孔要有利于形成有效的自然对流通道进风孔与出风孔要远离，并且要防止气流短路，应开在温度差较大的相应位置，进风孔尽量低，出风孔要尽量高进风孔对准关键元件进出风孔要兼顾电磁屏蔽、防尘2）自冷——电子机箱外自冷的热计算公式自然对流换热计算方法1——自然对流换热的准则方程hc——自然对流换热系数（W/(m2.℃)）k——冷却流体的导热系数（W/(m.℃)）D——特征尺寸(按下表取)（m）C，n——由下表确定的系数（无量纲）Gr——格拉晓夫数（无量纲）Pr——普朗特数（无量纲）自然对流换热计算方法2——物理参数简化方程式中，φ——热流密度（W/m2）Φ——热流量（W）A——换热面积（m2）C,D——系数C，n和特征尺寸D由上表确定；Δt——换热表面与空气的温差（℃）该公式的使用条件：任意方向的几何尺寸小于600mm（电子元器件、小电子设备）空气物性参数20—200℃，变化±6%内（以控制误差）自然对流换热计算方法3——列线图步骤：根据设备、器件的形状、尺寸及位置，求得C和D值（上表中的层流项）通过列线图中的C和D标尺，在无刻度的X标尺上得到一个交点；再连接X上的交点和Δt标尺上的Δt值点，在Φ/A标尺上得到Φ/A值，反之，若已知Φ和A值，也可以求得Δt值。举例:一个电子设备处于环境温度为35℃的空气中，其表面温度为85℃，设备机箱外壳尺寸为：长200mm，宽200mm，高300mm，计算该机箱顶部表面仅靠自然对流能散掉多少热量？①根据前表确定C值，热面朝上的散热平面，C=0.54;②∆t=85℃-35℃=50℃；③连接右图中D标尺上的0.2m和C标尺上的0.54在X标尺上得交点X0;④连接X0与∆t尺上的50℃点，在Φ/A标尺上得交点为270，即⑤计算顶面散热量2.2、空冷中的传导1、导热热阻（传导热阻）1.缩短路径2.增大面积3.提高导热系数减小导热热阻的方法式中：δ——平壁厚度，m； λ——导热系数，W/mk

；

A——垂直于热流方向的横截面面积，m2

；2、接触热阻在多层壁导热计算时，都是假设层与层之间完全紧密接触的理想情况，实际上，接触表面是不可能绝对平整和光滑的，因此，两表面的接触点发生在一些离散的接触面上。这样在接触面处将出现温差，这是由于在接触界面处产生了一个附加的热阻，叫接触热阻接触界面的热阻由局部接触面上的导热热阻和间隙中的介质导热热阻组成假设两接触面的近似接触面积Aa由两接触材料之间的实际接触面积Ac和没有接触的间隙面积Av所组成，若有效非接触空间的厚度为δ，两接触表面的不规则高度为δ/2,则通过接触界面的热流量由两部分组成t1,t2——表面1和表面2接触界面的温度k1,k2——表面1和表面2材料的导热系数kf——间隙中介质的导热系数kc——接触传热系数接触表面接触点的数量、形状、大小及分布规律；接触表面的几何形状(波纹度和粗糙度)；非接触间隙的平均厚度；间隙中介质的种类（真空、液体、气体）；接触表面的硬度；接触表面之间的压力大小，接触界面表面的氧化程度和清洁度；接触材料的导热系数。影响接触热阻的主要因素:表面粗糙度和接触压力对接触热阻的影响3、收缩热阻热收缩效应——在一个恒热源下的导热介质的温度要高于其他部位的温度，其温度为t0——热量全部扩散到整个导热介质表面上的温度；

——收缩效应温升，只取决于材料传导系数与几何参数收缩热阻求法：先求按照”热欧姆定律公式”得收缩热阻离散热源的收缩效应热收缩效应温升公式无限大的导热介质上的圆形热源，介质导热系数为k，热源半径为r1有限大的导热介质(半径为r2的圆柱)上的圆形热源（半径为r1）不同热源及不同形状的导热介质，其∆t有不同的计算公式长窄条热源在有限导热介质上：短而窄的热源在有效导热介质上：其中热收缩效应实际应用芯片组件金属导热模块从芯片结到外壳（散热器）的传热例：在一块15.24X20.32铝基板上，有四块1.27X1.27mm的半导体芯片结合到基板，芯片A为3.24W，芯片B为2.81W,芯片C为2.52W，芯片D为3.03W，对称布置，各部分厚度如下图b，可伐盖加在铝散热器上，并保持55℃，芯片A的功耗最大，所以主要分析芯片A的温度所用材料的导热系数为：半导体芯片的热源直径为0.889mm虽然铝基板与可伐盖组件有3.556mm的空气隙，这里的分析仍不考虑空气隙的导热、对流和辐射影响。分析前做如下简化假设：忽略空气隙的导热和辐射；用铝基板面积作为计算准则，即不考虑柯伐盖板比铝基板面积稍大的问题，也不考虑热量传向铝散热器时在柯伐盖上的扩散考虑铝基板及柯伐载体和厚膜的横向导热。这种“热扩散”类似于上述的收缩效应。具有收缩效应的等效热路图如右图。各层的导热热阻可用下式计算由右边①~⑥项，可以计算铝基板的表面温度t1其中Φ是芯片A、B、C、D的功耗，当Φ=11.6W时，t1=62.2℃。此温度就是迫使热量从四个芯片流经图中所示的热阻，传向55℃的散热器的驱动力。现分析芯片A，芯片A下面的实际温度为t2,它是克服热量从芯片A传至基板的收缩作用的驱动力，该收缩作用所产生的热阻为Rca若，则计算芯片A的表面温度2.3、风冷中的风道设计与风机选用（一）风道设计——风冷的潜力在于风道1、风道的基本设计原则为降低阻力损失——尽量短；避免急弯；避免骤然扩展/收缩；内表面尽量光滑为提高空气输送能力——截面尽量接近正方形；矩形长宽比不得大于6/1为密封——所有搭接台阶都应顺着流动方向进风口结构应降低阻力，且要起到滤尘作用风道的入口应避免速度剧变尽力减小箱体对空气的流动阻力：例如减少不必要的尖角、弯头、突扩或突缩；不使局部地区流速过高（大于7m/s）或流速过低（会使传热恶化，尘埃沉积。）a、因风道伸出而产生的湍流使空气入口的压力损失增大；b、空气入口处的斜边使压力损失减小2、机箱级风道（主要潜力）具有平行风道的冷却系统，要求气流进入机箱后，形成高的静压和低的动压，以便提高冷却效果，降低出口和弯曲处的压力损失。如果机箱比较长，功耗较大，而风道截面不增加，则必须增加冷却空气的气流。右图结构，上下风道的截面不变而且相等时，流体流至下风道叉口处膨胀，使压力上升，而且可能使下风口叉口处的压力大于上风道叉口处的压力，将导致气流回流。有可能出现下风道叉口处的压力大于上风道出口处压力与支管阻力损失之和而产生回流现象风道结构形式不好为防止气流回流，进风道截面积应大于各分支风道截面积总和采用锥形风道结构形式，可以使风道中任意一点的截面积大于支风道的截面积专项典型风道自然散热机箱典型风道风道一.1/2U机箱平放自然散热风道，机箱出风口在机箱顶部，模块或板卡自然散热冷却，如果机箱顶部有其他设备，需要与风道隔离，避免热空气对机箱的影响；另外，除进、出风口外，其他部分需要完全密封。风道二.1/2U机箱平放自然散热风道,机箱进出风口都在机箱两侧，内部流场混乱，不利自然散热烟囱效应，适合较小热功率设备机箱；模块或者插卡自然冷却、必须为平放，机箱两侧尽量远离高功率发热器设备，另外，除进、出风口外，其他部分需要完全密封。风道三，5U以上高度自然散热机箱，机箱出风口在机箱顶部，模块或板卡自然散热冷却，模块或插卡必须为上下风道。强迫风冷散热机箱典型风道风道一，鼓风风道，1/2U插卡平放机箱，机箱采用侧进出风，机箱风扇正吹插卡，靠近风扇的区域换热效果最佳，由于风道必然存在漏风，而且右端区域风速相对较低，换热弱；同时机箱内为正压，灰尘不会从缝隙进入机箱。风道二，抽风风道，1/2U插卡平放机箱，机箱采用侧进出风，机箱左侧进风，流场分布均匀，各区域换热强度相差不大，机箱内为负压，灰尘将通过缝隙进入机箱。风道三，典型的机箱通风风道，采用风扇抽风，进风口在机箱下方，国外和主流厂商都采用这种风道，但对风扇的要求采用高风量，高风压，低噪声。风道四，典型的机箱通风风道，鼓风的换热强度比抽风时高，但送风不均匀，在风扇中心和风扇之间都存在回流死区，注意死区的存在对散热的影响，将发热芯片布置在气流集中的地方；将风扇与单板保持50mm的距离，可使得流场均匀，但将增加高度空间，另外，风扇的进风口距离底板较近，会产生较大噪声，进风受障碍，所以尽量增加距离。风道五，采用离心风扇抽风，向后排出，进风口在机箱前下方，该风道对离心风扇的性能要求高，需要采用风量大，风压大，噪声小。风道六，风道六中如果没有合适的离心风扇可选，可以采用轴流风扇竖放代替，但风扇模块将占用较大空间高度；如果机箱高度有限制，可将风扇平放，但风扇出风口上方还是得留一定出风空间，至少40mm。通风机可分为离心式（下图(a)）和轴流式下图(b)两类。风机（二）、风机的选用及其配合结构轴流式风机的特点是风量大、风压小。根据其结构形式可分为螺旋桨式、圆筒式和导叶式三种。其中螺旋桨式压力最小，一般用于空气循环装置。圆筒式和导叶式用于中、低系统阻力并且要求提供较大空气流量的电子设备的冷却。离心式风机的特点是风压较高，一般用于阻力较大发热元器件或机柜的冷却。(1)通风机的特性曲线——通风机在固定转速下工作时，其压力、效率、功率随风量（横坐标）变化的关系不与风道连接时，静压为零，风量最大；出口被堵住时，风量为零，静压最高；中间一点效率最高，应在其附近工作。前弯式离心机效率最高时，总压力最大。1、风机的风道匹配选用法前弯式通风机特性离心式风机的特性曲线从下图，后弯式效率最高，前弯式最低，但前弯式压力高，风量大，其缺点是功率曲线上升陡峭，当压力减低时，风量增大，而功率随之不断增加，易过载。而后弯式功率曲线平坦，达到最大值后，随风量的增加，功率反而减小，不易过载。轴流式风机的特性曲线其特点是风压曲线很陡斜，所以当通风系统的风阻较大时，若使用轴流风机，风量就很小，如图a，一旦风量为零，功率达到最大，如图c.（2）风道特性曲线由此可见，所需的压降、总压力均与风量的平方成正比，即将上述关系式用曲线表示，即风道的特性曲线，图中1,2,3三条曲线分别代表三个风道的特性曲线。风机的总压力用来克服通风管道的阻力，并在出口处造成一定的速度头，即风机风道参数匹配设计通风机工作点——风道特性曲线与通风机特性曲线的交点。设计思路;1、额定风量——由换热计算得出2、风道特性曲线——通过计算或查手册得出3、风机特性曲线（即选风机）——与风道特性曲线交点匹配选择，要达到（1）交点满足额定风量（2）额定风量尽可能达到效率最高(对应总压最大)2、风机与风道间的结构关系（1）引风段位置关系进风要有引风段。叶片不同位置的速度分布叶片应安装在通风道的下游，这时风道较长，气流速度分布可以得到改善。如风道90°的弯曲处，叶片应装在气流的下游，如果安装在气流的上游，在出口处容易形成涡流，而影响通风冷却的效果。（2）整机抽风冷却和鼓风冷却抽风冷却特点——风量均匀，风压小，负压，难以控制灰尘；不计风机功耗。常用在机柜中各单元热量分布比较均匀、和元件所需冷却表面的风阻较小的情况鼓风冷却特点——风量集中，风压大；正压；有利于清除尘埃与脏物，增加气流的扰动，但使气流进口温度提高。通常用在单元内热量分布不均匀，各单元需要专门风道冷却，风阻较大，元件较多情况下。（3）降低漏风当有缝隙存在时，抽风形式的冷却效果比鼓风形式好。大型机柜在强迫通风时，机柜缝隙的漏风将直接影响散热效果机柜四周密封不漏风时，风机的位置对通风效果没有影响，沿机柜高度方向任意一个发热区断面，风量基本相同，图a机柜四侧存在缝隙，当通风机安装在出口处抽风时，外界空气从缝隙进入机柜，风量从入口到出口是逐渐增加的，图b当通风机装在入口处鼓风时，机柜内静压较高，气流将从缝隙漏出，风量沿机柜方向逐渐减少，图c采用串联通风形式，机柜内部气压分为正压区和负压区两部分，既有气流从缝隙流入，也有从缝隙流出，沿机柜高度方向风量分布如图d3.风机之间的关系第三部分热设计案例第三部分热设计案例一、微纳卫星热控系统设计及仿真二、某3G移动基站的热仿真及优化三、户外通信电源的热分析四、ZTEEDFA模块热分析案例一某型微纳卫星热控系统设计微纳卫星：质量小于10kg，具有实际使用功能的卫星。即将在9月15日~20日发射的天宫二号，其携带的一颗伴随卫星就是一颗微纳卫星。卫星主要有载荷仓、模块盒、太阳电池帆板等部分组成，载荷仓内包含有微惯性组合、电池组、储箱、相机等组件，具有对地成像、信息传输功能。卫星运行在高真空太空环境，热传导主要通过传导和辐射进行。卫星热控设计的目的是通过合理的热设计方法和热控制手段，提供卫星有效载荷和卫星平台各分系统仪器设备正常工作所需的环境温度，同时保证卫星表面所有设备工作在所需的温度范围。遵循的原则：采用成熟的热控技术和实施工艺，遵循各项热控规范和标准，力求简单、可靠；整星热设计本着被动热控方式为主，在被动热控方式不能满足要求时，再考虑电加热补偿的主动热控手段，力求实现最佳热耦合机制；星内一般一起设备的温度范围设计余量为±10℃。热控措施：综合考虑卫星结构、温度要求以及所处的空间环境，采取如下热控措施：载荷舱内除推进系统采取特殊的热控制措施外，其他载荷外表面进行发黑处理，表面黑度ε≥0.8；模块和载荷舱身内表面ε≥0.5；模块盒内各电路板与其安装面之间填充导热材料或导热脂；位于星外的磁强计、GPS天线等的外表面喷涂有机灰漆或有机黑漆，α/ε=0.85/0.8软件IDEASTMG建立卫星整体有限元模型及载荷舱的有限元模块如下图空间背景为4K冷黑空间，并输入轨道、姿态等参数(太阳同步圆轨道、高度取550km、倾角取95º、降交点地方时取11:00等)，三轴稳定姿态时，+Z轴指向地心、+X指向飞行方向。稳态情况下，卫星各部分温度如下表所示下图分别是卫星整体、载荷舱、太阳电池帆板、顶板及磁强计与GPS天线的温度分布云图仿真结果可以看出，所采取的热设计方案满足了卫星总体提出的要求，舱内一般仪器设备的温度为-10℃~+45℃，舱外仪器设备温度为-80℃~+80℃案例二：某3G移动基站的热仿真及优化1、实际模型a、方案一（顶部抽风方案）该移动基站采用标准19英寸机柜，共有20个PCB插板板位。该方案结构示意图如右图所示。机柜总高度10U。其中插板区高度为7U,底部进风口高度为1U，顶部出风口高度为2U。采用EBM公司的离心式风机两个，安放在机柜顶部。b、方案二（底部吹风方案）该方案结构示意图如右图所示。机柜总高度10U。其中底部进风口高度为2U，顶部出风口高度为1U。采用EBM公司的轴流式风机六个，安放在机柜底部。c、方案三（轴流风机顶部抽风方案）该方案结构示意图如右图所示。其中顶部出风口高度为2U，底部进风口高度为1U。其它尺寸同方案二采用EBM公司的轴流式风机六个，安放在机柜顶部。2、仿真结果a、方案一数值分析结果b、方案二数值分析结果c、方案三数值分析结果3、仿真结论方案二的冷却效果最好

方案三虽然采用了和方案二相同数量和型号的轴流风机，但由于它们安放在机箱顶部，使得出风口和风机轴线相垂直，从而增大了系统风阻，而轴流式风机的特点正是风量大，风压小，因此方案三的冷却效果要大大低于方案二。方案一采用了两个离心式风机，它们的总排风量远远小于六个轴流风机；而且由于风机分布的不均匀性，使得插板的安放位置对插板温度分布的影响较大，总的散热效果也比方案二差些。注意插板的安放位置

在不同的冷却方案下，PCB板在各个板位的温度分布是不同的。当有多余的板位时，应该注意优先选择温度较低的板位安放PCB板。案例三某户外通信电源的热分析需求分析：一款AC/DC转换模块。产品外形尺寸长320毫米，宽70毫米，高255毫米。全封闭结构，要求的防水防尘等级是加强型IP55，即产品的防水测试条件是水温是