笨鸟再次发问，LED发热模型，找不到热分析模型的错误~

samlin123

大家好，我在做一个散热模型，共有四层结构，从下到上分别铝、粘胶层、晶片、树脂，导热系数分别为铝（204W/m.K)、粘胶层(1.6W/m.K)、晶片（30W/m.K)、树脂(0.8W/m.K)，尺寸从下到上分布为铝（4mm*4mm*1mm)、粘胶层(1mm*1mm*0.05mm)、晶片（1mm*1mm*0.1mm)、树脂(5mm*5mm*3mm)，大致模型如图：
边界条件为，初始温度为308K，晶片为发热源，发热功率为1W，在该模型四周有10W/M2.K的空气对流，空气温度为308K，求解稳定后的温度分布。
我做了以下命令（以mm为单位)：
finish
/clear
/filname,1W LED
/title,1W LED
/prep7
keyw,pr_therm,1
et,1,solid90
mp,kxx,1,204e-3
mp,kxx,2,1.6e-3
mp,kxx,3,30e-3
mp,kxx,4,0.8e-3
block,-2,2,-2,2,0,1
block,-0.5,0.5,-0.5,0.5,1,1.05
block,-0.5,0.5,-0.5,0.5,1.05,1.15
block,-2.5,2.5,-2.5,2.5,0,3
vovlap,all
vglue,all
/FACET,WIRE
/VIEW,1,1,1,1   
numcmp,all
/pnum,volu,1
vplot
vsel,s,,,1
vatt,2
vsel,s,,,2
vatt,3
vsel,s,,,3
vatt,1
vsel,s,,,4
vatt,4
allsel
SMRT,1  
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
vmesh,1
vmesh,2
vmesh,3
smrtsize,1
vmesh,4
finish
/solu
antype,static
tunif,308
allsel
bfv,2,hgen,10
allsel
asel,s,,,13,17,1
asel,a,,,1,23,22
SFA,all,1,CONV,10e-6,308  
allsel
solve
finish
/post1
plnsol,temp
可是得出的结果确达到1240K，实在是太夸张了，一般正常应该只有400K左右，请大家帮我看看哪里出错了，不甚感激；
以下是我分析的结果图：

chaos_zzy

问题是你选取的散热条件不准确（每个面换热系数取10），实际上铝板应该跟散热器相连，LED的大部分热量都应该通过散热器散去。

samlin123

楼上的，　你好，你说的没错，正常ＬＥＤ的热量都是需要通过铝板散去，可是在这个模型中，ＬＥＤ也是有跟铝板粘结在一起的，但是因为周围包着树脂，故只有底部是铝板散热，其他的面是通过树脂散热的，

samlin123

如果散热面选取不对，应该温度更低才对啊，怎么变高这么多

chaos_zzy

原帖由 samlin123 于 2009-1-17 20:06 发表
楼上的，　你好，你说的没错，正常ＬＥＤ的热量都是需要通过铝板散去，可是在这个模型中，ＬＥＤ也是有跟铝板粘结在一起的，但是因为周围包着树脂，故只有底部是铝板散热，其他的面是通过树脂散热的，

根据我的经验LED的发热量90%左右都是通过铝板导走的，因此正真通过LED外封散去的热量只有10%左右。
所以你模型中将所有的热量都通过外封树脂散去的话，温度一定偏高了。

建议：建立完整的模型，比如与铝板连接的散热器等。

samlin123

chaos_ZZY兄，这个模型里面的底面也是铝板，在命令流里面，asel,a,,,1,23,22，这里的1号面就是底面的铝材料与空气的接触面，正常情况下，热都是从这个面大部分散走的才对，这点是跟你说的一致的；
我现在研究的是单个LED的情况，照理说，情况应该要比接散热器要简单才是，可否请您帮忙写下，我这个模型的完整的命令流，这个问题实在困扰我很久了，不甚感激了

chaos_zzy

实际产品铝板的尺寸应该比较大，或者铝板会跟散热器（或起散热作用的外壳）连接一起。你模型只考虑了单个LED，却把实际的散热面积减少了。

附：本人ANSYS水平很差，命令流都看太懂，只能根据你的案例给些建议。

iomega

How can you get "一般正常应该只有400K左右"?
A simple estimation: ignore the internal thermal resistance from silicon, adhesive and Al plate, just use the resistance from convective heat transfer. Assume area is A = 4mmx4mm  , h = 10 W/m^2-K. So h*A = 1.6e-4 W/K -> Thermal resistance is Rth=1/(hA)   T_rise = Q*Rth  (Q=1W)  = 6250K. This value is very close to your model by setting k_epoxy = 1e-10 in stead of  k_epoxy = 0.8 W/m-K, in which case no heat conduction from surrouding epoxy and all the heat goes through bottom of Al plate which is 4mmx4mm area. In conclusion, your model should be correct...  In this sense, your model in ANSYS doesn't represent the actual physical problem -> wrong physical description.

FEA is just a simulation tool, lots of people who use it to solve thermal problems claim they are experts on thermal analysis, without knowing the theory of heat transfer and how to simply the problem.  One example, we had a Ph.D thermal engineer in Singapore, who spent nearly two weeks using icepak to calculate the temperature of CPU, by building the whole structures, including, CPU, package and heat sink and air flow around the system. The result is the same as mine which used analytical soultion and approximation and 10 minute work.

chaos_zzy

确实如版主所说，仿真软件只是工具，关键是理解具体的物理特性和过程。我们应学会利用软件来解决问题，而不仅仅是“操作”它。

对于散热设计来说，首先应该用经验公式做初步计算，确定大概的取值范围（比如风量，散热面积，热源温度等）；然后采用仿真软件做详细分析，根据得到的详细结果（温度场，流场等）来优化和改进设计。

hanye

我也遇到了同样的问题，计算的温度偏高，请教高手们！不知道哪里出错了？

hanye

我也遇到了同样的问题，计算的温度偏高，请教高手们！不知道哪里出错了？

baoer2008

项研究下 没有接触过