TLDR：间隙较小（~1 毫米）的设备可以进行基于传导的热模拟。
虚构的 ANSYS 腕带上的温度。
这些小玩意儿很酷，而且卖得很热。
小型设备的一个长期问题是它们容易发热，而且很难散热。大多数设备需要通过外表面散热。当你把它们做小的时候，表面积会迅速缩小，它们就会发热。有时还要加上微型风扇和鼓风机……然后事情就变得非常复杂了。
背景
与流体动力学中的许多问题一样，我们有方便的无量纲数来指导我们。
瑞利数
它描述了通过自然对流与扩散进行的热传递比率。由于瑞利数是长度^3的函数，这意味着当气隙较大时，自然对流占主导地位。当气隙较小时，扩散/传导占主导地位。
这符合直觉。我们真的期望空气在非常小的空间里流动吗？
当我们使用基本扩散求解器而不是完整的 CFD 求解器时，我们可以早点回家！（1 vs 5 pdes）
问题是，什么时候我们才能将自然对流仅仅视为传导问题，或者多小的空气间隙才足够小？
将一些数字代入上面的公式？不，我喜欢做模拟，所以我只需将几个数字代入 ANSYS 即可。
传导与对流
假设你有一个非常……非常空的电子设备。里面有很多空隙。
该模型是一个手机大小的空盒子，里面有一个芯片（热块）。我们将比较以空气为导体的传导模拟结果与基于 cfd 的自然对流模拟结果。
让我们看看芯片上的温度有多大差异。
对流热
传导热
那里肯定存在一些自然对流！
里面有很多空白空间。让我们看看当我们改变盒子的大小时会发生什么。
由于模型是完全参数化的，我们可以快速进行 DOE 和优化研究。
芯片温度误差主要与到墙壁的距离有关。
灵敏度图显示芯片上的误差主要取决于芯片和外壳之间的间隙。
芯片温度误差与与墙壁距离的关系
正如我们在上图中所看到的，如果间隙约为 1 毫米，我们可以将芯片的温度误差保持在 3 度以下。
因此，如果我们研究的是小型手持设备，那么通过空气传导通常是一个可以接受的假设。如果设备中存在较大的间隙，那么空气循环就变得很重要，并且应该使用 CFD 热工具。
非常简单！
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