３　结构优化与仿真结果分析

３.１　结构优化

由２.３分析可知，设备内外部散热都存在问题，主要包括外部热交换效率差，内部环境封闭且热源集中，热源散热翅片与外部翅片之间的接触热传递效率差等。为了改善设备散热性能，分别提出了三种优化方法。

优化方法１：在外侧翅片 上增加盖板形成风道，并添加风扇使得风仅从翅片风道通过，增加外部翅片散热效率。在风机选型上需要通过计算确定所需的通风量，热平衡公式如下：

备内所有热源功率的总和，在这里Φ＝１５５Ｗ；ρ为空气密度，在这里ρ＝１.０９３ｋｇ／ｍ３；ｃｐ为空气的质量定压热熔，在这里 ｃｐ＝１００５Ｊ／（ｋｇ·℃）；Δｔ为冷却空气进口和出口的温差，根据经验取Δｔ＝１０℃；Ｑｆ为整机通风量。根据公式计算Ｑｆ＝０.０１４１（ｍ３／ｓ），按照两倍冗余进行设计，需要风量为０.０２８２（ｍ３／ｓ），考虑到空间仍有剩余最终选择４个６０２５风扇并联的方式对外部翅片进行散热。风机曲线如图９所示。优化方法２：在优化方 法１的基础上修改翅片风道以及盖板形状的方式控制风的走向，修改前后如图１０所示。优化方法３：在优化方法２的基础上修改翅片结构，增强从热源到外部翅片之间的热传导性能，修改前后如图１１所 示。优 化方法１仿真结果如图１２所示。相较于优化前，所有热源温度都有所下降，但部分器件温度仍较高。内部热源多以接触散热的方式逐步将热量从热源传递到散热翅片再传递到侧盖翅片上，而当前风道未考虑到膨胀机 、压缩机、电源等? ? 热源接触位置的翅片的凹槽，对该器件的散热效果较差。

３.２　优化仿真结果

优化后的仿真结果如表３所示。

优化方法２仿真结果如图１３所示。结构优化后各热源温度相较于优化前有不同程度下降，可见修改风道可以有效的增强散热效果。优化方法３仿真结果如图１４所示。压缩机与膨胀机温度皆有所下降，修改下部分翅片后，温度可以更均匀的从热源传递到设备外壳，进而通过空气对流将热量带出设备。除膨胀机和电源１温度超过最佳工作温度２℃以内，其余器件温度已经符合设计要求。

４　样机验证结果

在优化方案中，方案１、２添加了风机并修改了风道结构，对热像仪整体进行了散热优化，温度相较于优化前，各热源温度都有大幅度下降，仿真温度已接近实际要求最佳工作温度，处于热像仪可工作温度范围。方案３主要针对细节进行优化，修改了膨胀机散热翅片形状结构，进一步降低了膨胀机的温度，但下降幅度远小于优化方案１、２的下降幅度。项目进程中仿真实验与机械加工同时进行，优化方法３提出时间在加工之后，考虑到工期以及针对性方面，最终样机未使用优化方案３内容进行实验，仅参考优化方法１、２内容。样机在散热优化设计方面结构如图１５所示。方案３在仿真中可以有效的将膨胀机的温度控制在最佳工作温度范围内，考虑在后续投产中使用方案３中的翅片结构。

将设备放置在６０℃高温箱内工作，并对设备内部多点进行温度检测，每半小时记录一次数据，三小时后温度趋于稳定。主要检测温度点共有五处：光?？榇?，对应仿真中系统光纤温度；制冷机处，对应仿真中压缩机温度；ＦＰＧＡ温度，对应仿真中主板ＦＰＧＡ温度；近光?？椋峭獗冢评浠峭獗?，用于检测热源与外壳的温度传递情况。样机实验升温结果与优化方法２对比如表４所示。

样机实验中，近光?？椋峭獗诘陀谀诓咳仍次露龋怠?，近制冷机－壳外壁低于内部热源温度４.５℃，可见通过接触的热传导效果较好，压缩机、膨胀机部分凹陷面积较大，优化效果较好，真实值与仿真值较为接近，系统光纤与主板ＦＰＧＡ温度监测点可能存在一定的误差导致真实值与仿真值差别较大，但真实值已基本满足升温不超过１５℃要求，误差处于可接受范围。通过对比结果数据，可知对结构与风道的优化，可以有效地控制热源的温升。

５　结　论

为解决红外热像仪散热问题，通过Ｉｃｅｐａｋ软件仿真和实际测试验证仿真结果。样机测试热源平均温升１３.８℃，温升相较于仿真的温升平均高２.７２℃，准确度较好，该偏差值可作为参考应用于产品设计及方案优化。
利用Ｉｃｅｐａｋ对不同结构的设备进行仿真对比散热情况，可以看出翅片配合风扇强制散热的形式可以更好地对设备外壳进行散热，进而控制热源的温升。相较于改进前的仅接触风道的两个侧面，凹槽风道还可以使风接触风道的底面，增加热交换效率，提升散热性能。从仿真结果可知，设备内部热源的翅片结构，可以更均匀的将热量传递到设备外部翅片上，文中提到的优化方法３在样机上的散热优化表现需要通过加工替换对应零件并测试验证。后续批量生产时考虑优化该零件并验证。通过Ｉｃｅｐａｋ仿真，可以在设计初期对多种方案进行分析比较，有效提高系统设计质量，降低研发成本。