３　結構優(yōu)化與仿真結果分析

３.１　結構優(yōu)化

由２.３分析可知，設備內外部散熱都存在問題，主要包括外部熱交換效率差，內部環(huán)境封閉且熱源集中，熱源散熱翅片與外部翅片之間的接觸熱傳遞效率差等。為了改善設備散熱性能，分別提出了三種優(yōu)化方法。

優(yōu)化方法１：在外側翅片 上增加蓋板形成風道，并添加風扇使得風僅從翅片風道通過，增加外部翅片散熱效率。在風機選型上需要通過計算確定所需的通風量，熱平衡公式如下：

備內所有熱源功率的總和，在這里Φ＝１５５Ｗ；ρ為空氣密度，在這里ρ＝１.０９３ｋｇ／ｍ３；ｃｐ為空氣的質量定壓熱熔，在這里 ｃｐ＝１００５Ｊ／（ｋｇ·℃）；Δｔ為冷卻空氣進口和出口的溫差，根據經驗取Δｔ＝１０℃；Ｑｆ為整機通風量。根據公式計算Ｑｆ＝０.０１４１（ｍ３／ｓ），按照兩倍冗余進行設計，需要風量為０.０２８２（ｍ３／ｓ），考慮到空間仍有剩余最終選擇４個６０２５風扇并聯的方式對外部翅片進行散熱。風機曲線如圖９所示。優(yōu)化方法２：在優(yōu)化方 法１的基礎上修改翅片風道以及蓋板形狀的方式控制風的走向，修改前后如圖１０所示。優(yōu)化方法３：在優(yōu)化方法２的基礎上修改翅片結構，增強從熱源到外部翅片之間的熱傳導性能，修改前后如圖１１所 示。優(yōu) 化方法１仿真結果如圖１２所示。相較于優(yōu)化前，所有熱源溫度都有所下降，但部分器件溫度仍較高。內部熱源多以接觸散熱的方式逐步將熱量從熱源傳遞到散熱翅片再傳遞到側蓋翅片上，而當前風道未考慮到膨脹機 、壓縮機、電源等? ? 熱源接觸位置的翅片的凹槽，對該器件的散熱效果較差。

３.２　優(yōu)化仿真結果

優(yōu)化后的仿真結果如表３所示。

優(yōu)化方法２仿真結果如圖１３所示。結構優(yōu)化后各熱源溫度相較于優(yōu)化前有不同程度下降，可見修改風道可以有效的增強散熱效果。優(yōu)化方法３仿真結果如圖１４所示。壓縮機與膨脹機溫度皆有所下降，修改下部分翅片后，溫度可以更均勻的從熱源傳遞到設備外殼，進而通過空氣對流將熱量帶出設備。除膨脹機和電源１溫度超過最佳工作溫度２℃以內，其余器件溫度已經符合設計要求。

４　樣機驗證結果

在優(yōu)化方案中，方案１、２添加了風機并修改了風道結構，對熱像儀整體進行了散熱優(yōu)化，溫度相較于優(yōu)化前，各熱源溫度都有大幅度下降，仿真溫度已接近實際要求最佳工作溫度，處于熱像儀可工作溫度范圍。方案３主要針對細節(jié)進行優(yōu)化，修改了膨脹機散熱翅片形狀結構，進一步降低了膨脹機的溫度，但下降幅度遠小于優(yōu)化方案１、２的下降幅度。項目進程中仿真實驗與機械加工同時進行，優(yōu)化方法３提出時間在加工之后，考慮到工期以及針對性方面，最終樣機未使用優(yōu)化方案３內容進行實驗，僅參考優(yōu)化方法１、２內容。樣機在散熱優(yōu)化設計方面結構如圖１５所示。方案３在仿真中可以有效的將膨脹機的溫度控制在最佳工作溫度范圍內，考慮在后續(xù)投產中使用方案３中的翅片結構。

將設備放置在６０℃高溫箱內工作，并對設備內部多點進行溫度檢測，每半小時記錄一次數據，三小時后溫度趨于穩(wěn)定。主要檢測溫度點共有五處：光模塊處，對應仿真中系統光纖溫度；制冷機處，對應仿真中壓縮機溫度；ＦＰＧＡ溫度，對應仿真中主板ＦＰＧＡ溫度；近光模塊－殼外壁，近制冷機－殼外壁，用于檢測熱源與外殼的溫度傳遞情況。樣機實驗升溫結果與優(yōu)化方法２對比如表４所示。

樣機實驗中，近光模塊－殼外壁低于內部熱源溫度５℃，近制冷機－殼外壁低于內部熱源溫度４.５℃，可見通過接觸的熱傳導效果較好，壓縮機、膨脹機部分凹陷面積較大，優(yōu)化效果較好，真實值與仿真值較為接近，系統光纖與主板ＦＰＧＡ溫度監(jiān)測點可能存在一定的誤差導致真實值與仿真值差別較大，但真實值已基本滿足升溫不超過１５℃要求，誤差處于可接受范圍。通過對比結果數據，可知對結構與風道的優(yōu)化，可以有效地控制熱源的溫升。

５　結　論

為解決紅外熱像儀散熱問題，通過Ｉｃｅｐａｋ軟件仿真和實際測試驗證仿真結果。樣機測試熱源平均溫升１３.８℃，溫升相較于仿真的溫升平均高２.７２℃，準確度較好，該偏差值可作為參考應用于產品設計及方案優(yōu)化。
利用Ｉｃｅｐａｋ對不同結構的設備進行仿真對比散熱情況，可以看出翅片配合風扇強制散熱的形式可以更好地對設備外殼進行散熱，進而控制熱源的溫升。相較于改進前的僅接觸風道的兩個側面，凹槽風道還可以使風接觸風道的底面，增加熱交換效率，提升散熱性能。從仿真結果可知，設備內部熱源的翅片結構，可以更均勻的將熱量傳遞到設備外部翅片上，文中提到的優(yōu)化方法３在樣機上的散熱優(yōu)化表現需要通過加工替換對應零件并測試驗證。后續(xù)批量生產時考慮優(yōu)化該零件并驗證。通過Ｉｃｅｐａｋ仿真，可以在設計初期對多種方案進行分析比較，有效提高系統設計質量，降低研發(fā)成本。