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現(xiàn)代機（彈）載電子設備由于受條件限制，都要求重量輕、體積小。另外，為了提高電子產品的工作性能，其功率往往很大，也就是說電子元器件的發(fā)熱量非常大，一般電子元器件的正常工作溫度要求低于100°C。根據美國空軍的統(tǒng)計，在機（彈）載電子設備失效的原因中，有超過50%是由于溫度引起的，因此電子產品的熱設計是電子產品可靠性設計的最主要內容。

圖7-1散熱冷板上的溫度分布圖7-2冷卻水的流線圖
 

機（彈）載電子產品的冷卻可采用循環(huán)水冷（二次冷卻）和風冷，而風冷又有自然風冷和強迫風冷。

圖7-1、7-2采用ANSYS CFX對某機載電子產品進行水冷分析，圖示為散熱冷板上的溫度分布和冷卻水的流線圖。

圖7-3 采用ANSYS CFX對某機載電子產品冷卻方案進行流場分析，

發(fā)現(xiàn)了原設計中的問題，并進行了改進設計
 

傳統(tǒng)的機（彈）載電子產品的熱設計以經驗設計為主，根據機（彈）載電子產品熱設計手冊，利用半經驗、半解析的估算公式確定冷卻方式、流量（壓差）及流道，然后制造相應的1：1模型進行測試驗證。這種熱設計的成功率主要取決于設計者的經驗，由于試驗驗證成本高、周期長，設計者只能選取少數幾種自己認為最可行的設計方案進行試驗，從而可能疏漏了更好的設計方案。另外，如果測試驗證后發(fā)現(xiàn)了設計中的問題，回過來重新更改設計，再測試驗證，這樣的設計周期就更長，這與激烈的市場競爭不相適應。

計算流體動力學（CFD）的飛速發(fā)展和計算機性能的提高為機（彈）載電子產品熱設計的數值仿真提供了保障。ANSYS CFX流體分析功能就是利用基于有限元的有限體積法求解三維湍流Navier-Stokes方程。ANSYS CFX是熱、流耦合計算軟件，在流體單元中求解質量、動量、能量方程，而同時在固體單元中耦合求解能量方程，由此可得出流場中的速度、壓力、溫度分布，固體中的溫度分布，同時可得出流、固表面的對流換熱系數（圖7-4）和熱流密度。

圖7-4 散熱齒表面的對流換熱系數分布圖7-5機箱內外表面對流換熱系數分布
 

圖7-5采用ANSYS CFX對某機載電子設備機箱進行強迫風冷分析，圖示結果為機箱內外表面的對流換熱系數分布。

機（彈）載電子產品的冷卻效率取決于流、固表面對流換熱系數的大小，因此熱設計仿真分析的最主要任務是準確求解對流換熱系數。對流換熱系數的大小與近壁面的流體溫度分布梯度成正比，而近壁面的流體溫度分布梯度與近壁面的流體速度分布有關，因此，要得到準確的對流換熱系數，必須精確求解流體速度分布，尤其是近壁面附面層內的速度分布。八十年代末九十年代初，由于受計算機速度的限制，直接求解三維復雜流場的湍流Navier-Stokes方程從而得到準確的流體速度分布幾乎是不可能，因此發(fā)展了一些半經驗、半解析的電子系統(tǒng)冷卻分析軟件，這些分析中的流體剖面速度分布是根據經驗給定的解析式，對于簡單流場，這樣的解析表達式能較好地符合，而對于真實復雜流場，誤差較大。ANSYS CFX通過直接求解三維湍流Navier-Stokes方程來得到準確的流體速度分布，從而能準確給出對流換熱系數。