手機(jī)散熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
散熱器及優(yōu)化技術(shù)介紹
散熱器介紹
散熱器工作原理：散熱器內(nèi)部的熱借由對(duì)流及輻射進(jìn)行耗散，對(duì)流所占比例非常大，基板與熱源接觸，將熱從熱源傳導(dǎo)給肋片，肋片增大了熱源與空氣的接觸面積，從而增強(qiáng)了其通過(guò)對(duì)流和輻射方式的散熱能力。
圖1 手機(jī)散熱工作原理
影響散熱器散熱效果的主要因素：肋高影響最大，肋厚影響次之，肋長(zhǎng)影響最小。因此，在做散熱器優(yōu)化實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)定肋高，肋厚兩個(gè)變量即可。
求解技術(shù)
在Flotherm軟件中，Command Center模塊采用了當(dāng)今世界上優(yōu)秀的多目標(biāo)優(yōu)化算法，是一種在具有多個(gè)變量參數(shù)中確定最佳方案的途徑。
優(yōu)化算法包括兩部分：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）和方案優(yōu)化。方案優(yōu)化是以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分為循序優(yōu)化和反映面優(yōu)化。循序優(yōu)化是以最佳方案為基點(diǎn)，進(jìn)行連續(xù)小步長(zhǎng)自動(dòng)優(yōu)化，最終找到最優(yōu)方案；反映面優(yōu)化則是將實(shí)驗(yàn)的輸入與輸出構(gòu)建成一個(gè)超平面，稱(chēng)為反映面，再根據(jù)該超平面來(lái)確定最佳方案。兩者比較來(lái)看，反映面優(yōu)化速度快于循序優(yōu)化，并且在給出優(yōu)化方案的同時(shí)，給出了優(yōu)化過(guò)程中的計(jì)算誤差，通過(guò)該誤差的大小來(lái)判斷該次優(yōu)化方案結(jié)果是否可靠。
常見(jiàn)的優(yōu)化術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?
DOE：Design of Experiment實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
SO：Sequential Optimization循序優(yōu)化
RSO：Response Surface Optimization反映面優(yōu)化
目標(biāo)函數(shù)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括輸入變量設(shè)置和目標(biāo)輸出變量設(shè)置。其中，輸入變量設(shè)置包括優(yōu)化參數(shù)對(duì)象選擇和參數(shù)范圍的設(shè)定。
為了避免優(yōu)化設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)局部最優(yōu)代替全部最優(yōu)，軟件引入代價(jià)函數(shù)（Cost Function）：
公式1 代價(jià)函數(shù)
式中，W為代價(jià)權(quán)重；R為目標(biāo)輸出變量。
輸入變量設(shè)定
在Input Variables選項(xiàng)卡中的Root Assembly下找到散熱器。（此組件的順序與PM中組件的順序相同）
內(nèi)部翅片的高度對(duì)散熱器的散熱能力有一定影響，因此作為變量之一，進(jìn)行設(shè)定。
在散熱器和組件周?chē)幸粋€(gè)region，region的高度需要與散熱器的翅片呈線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系，因此對(duì)其進(jìn)行如下設(shè)置：
圖2 Region設(shè)置
內(nèi)部翅片的寬度對(duì)散熱器的散熱能力有一定影響，因此作為變量之一，進(jìn)行設(shè)定。
輸出變量設(shè)定
在command center面板中選擇Output Variables選項(xiàng)卡。首先將temperature加入到目標(biāo)函數(shù)中。目標(biāo)函數(shù)作用：用于定義求解過(guò)程中需要優(yōu)化的值。將組件的溫度加入到目標(biāo)函數(shù)中意味著我們要盡可能降低溫度。
雙擊散熱器圖標(biāo)，找到散熱器目錄下的Mean Solid Temperature，單擊并選中Monitor Variable for each Project in the Scenario。通常只需要紀(jì)錄散熱器的平均溫度，而不用對(duì)散熱器的平均溫度進(jìn)行優(yōu)化，所以不需要將平均溫度加入到目標(biāo)函數(shù)中。
雙擊風(fēng)扇圖標(biāo)，找到風(fēng)扇目錄下的Volume Flow，單擊并選中Monitor Variable for each Project in the Scenario。此過(guò)程我們只需要紀(jì)錄流過(guò)風(fēng)扇的氣體流量，而不用對(duì)流量進(jìn)行優(yōu)化，所以不需要將流過(guò)風(fēng)扇的氣體流量加入到目標(biāo)函數(shù)中。
Scenario Table
點(diǎn)擊優(yōu)化圖標(biāo)，為了能得到一個(gè)連續(xù)的優(yōu)化過(guò)程，必須要有一個(gè)已求解并收斂的基本結(jié)果。點(diǎn)擊Optimize即開(kāi)始進(jìn)行優(yōu)化。
優(yōu)化開(kāi)始時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)兩個(gè)圖表。生成圖表操作步驟：點(diǎn)擊Chart/ Create，圖表類(lèi)型：XY Line；數(shù)據(jù)項(xiàng)：x軸：Scenario name；y軸：MB comp1 temperature；
Value style:Actual Value。表中Y軸同時(shí)顯示MB comp的溫度和散熱翅片的高度，設(shè)計(jì)需仔細(xì)觀(guān)察散熱翅片的高度對(duì)MB comp溫度的影響。
得到最優(yōu)優(yōu)化結(jié)果如下：
圖3 最優(yōu)優(yōu)化結(jié)果
