手機散熱器的結構優(yōu)化設計
散熱器及優(yōu)化技術介紹
散熱器介紹
散熱器工作原理：散熱器內(nèi)部的熱借由對流及輻射進行耗散，對流所占比例非常大，基板與熱源接觸，將熱從熱源傳導給肋片，肋片增大了熱源與空氣的接觸面積，從而增強了其通過對流和輻射方式的散熱能力。
圖1 手機散熱工作原理
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，肋長影響最小。因此，在做散熱器優(yōu)化實驗時，設定肋高，肋厚兩個變量即可。
求解技術
在Flotherm軟件中，Command Center模塊采用了當今世界上優(yōu)秀的多目標優(yōu)化算法，是一種在具有多個變量參數(shù)中確定最佳方案的途徑。
優(yōu)化算法包括兩部分：實驗設計（DOE）和方案優(yōu)化。方案優(yōu)化是以實驗設計數(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，進行連續(xù)小步長自動優(yōu)化，最終找到最優(yōu)方案；反映面優(yōu)化則是將實驗的輸入與輸出構建成一個超平面，稱為反映面，再根據(jù)該超平面來確定最佳方案。兩者比較來看，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，給出了優(yōu)化過程中的計算誤差，通過該誤差的大小來判斷該次優(yōu)化方案結果是否可靠。
常見的優(yōu)化術語解釋：
DOE：Design of Experiment實驗設計
SO：Sequential Optimization循序優(yōu)化
RSO：Response Surface Optimization反映面優(yōu)化
目標函數(shù)
實驗設計包括輸入變量設置和目標輸出變量設置。其中，輸入變量設置包括優(yōu)化參數(shù)對象選擇和參數(shù)范圍的設定。
為了避免優(yōu)化設計中，出現(xiàn)局部最優(yōu)代替全部最優(yōu)，軟件引入代價函數(shù)（Cost Function）：
公式1 代價函數(shù)
式中，W為代價權重；R為目標輸出變量。
輸入變量設定
在Input Variables選項卡中的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)部翅片的高度對散熱器的散熱能力有一定影響，因此作為變量之一，進行設定。
在散熱器和組件周圍有一個region，region的高度需要與散熱器的翅片呈線性函數(shù)關系，因此對其進行如下設置：
圖2 Region設置
內(nèi)部翅片的寬度對散熱器的散熱能力有一定影響，因此作為變量之一，進行設定。
輸出變量設定
在command center面板中選擇Output Variables選項卡。首先將temperature加入到目標函數(shù)中。目標函數(shù)作用：用于定義求解過程中需要優(yōu)化的值。將組件的溫度加入到目標函數(shù)中意味著我們要盡可能降低溫度。
雙擊散熱器圖標，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。通常只需要紀錄散熱器的平均溫度，而不用對散熱器的平均溫度進行優(yōu)化，所以不需要將平均溫度加入到目標函數(shù)中。
雙擊風扇圖標，找到風扇目錄下的Volume Flow，單擊并選中Monitor Variable for each Project in the Scenario。此過程我們只需要紀錄流過風扇的氣體流量，而不用對流量進行優(yōu)化，所以不需要將流過風扇的氣體流量加入到目標函數(shù)中。
Scenario Table
點擊優(yōu)化圖標，為了能得到一個連續(xù)的優(yōu)化過程，必須要有一個已求解并收斂的基本結果。點擊Optimize即開始進行優(yōu)化。
優(yōu)化開始時，軟件會自動出現(xiàn)兩個圖表。生成圖表操作步驟：點擊Chart/ Create，圖表類型：XY Line；數(shù)據(jù)項：x軸：Scenario name；y軸：MB comp1 temperature；
Value style:Actual Value。表中Y軸同時顯示MB comp的溫度和散熱翅片的高度，設計需仔細觀察散熱翅片的高度對MB comp溫度的影響。
得到最優(yōu)優(yōu)化結果如下：
圖3 最優(yōu)優(yōu)化結果
