Ansys AIM によるCPUクーラーの最適化設計

Application Brief

2017年9月

CPU (Central Processor Unit)クーラーは、ゲーマーや、PC性能に関心の高いユーザーが自作またはカスタマイズしたPCにおいて頻繁に使用されます。CPUクーラーの正確なシミュレーションには、流体流れの把握と、流体と固体コンポーネント間の境界における熱伝達予測が必要です。設計エンジニア向けの多くのシミュレーションツールと異なり、AnsysAIMにはインフレーション層および共役熱伝達 (CHT : Conjugate Heat Transfer) の機能が含まれます(以下の「ソリューション」節で詳細を説明)。これにより設計エンジニアは、流体 -固体境界間の熱伝達を正確に予測できます。また没入感の高い AIM ユーザーインターフェースはシミュレーションプロセス全体を通して設計エンジニアを正しい手順に導きます。

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課題

あらゆるPCの中心にあるCPUが発生する熱はオーバーヒートおよび故障を防ぐためにPCシャーシから取り除く必要があります。高速なPCではより多くの熱が発生するため、シャーシから除去可能な熱量がしばしば計算速度の制約となります。マスマーケット向けPCのCPUは一般的に、対流冷却(自然な空気流れによりパワーデバイスの熱を放散)または強制空冷(ファンを使用してパワーデバイス全体に空気を送り込む)のいずれかによって冷却されます。高性能PCの構築に取り組む企業や個人は、自身のCPUおよびグラフィックプロセッサによって発生する高熱を取り除く方法を見つける必要があります。一部の企業は、より効果的な強制空冷/液冷システムの実装によってこれを実現しています。

リアルなレンダリングを用いたCPUクーラーモデル

液冷システムの設計では、エンジニアは冷却液を介したCPUから周囲への熱流を把握する必要があります。さらにCPU自体の温度を予測するため、CPUベースなどの金属コンポーネントの温度を予測する必要もあります。ハイエンドのCFDパッケージでは、共役熱伝熱を使用しCFDシミュレーションの一部として金属コンポーネントの熱を予測します。ただし、これらのソフトウェアパッケージは通常、設計エンジニアが実行するには複雑過ぎるため解析者によって操作されますが、一般的にCPUクーラーを構築する小規模企業にはそのような解析者はいません。その代替案がCFD解析を実行して流体- 固体境界での温度を計算し、これらの温度をエクスポートして伝熱 -構造シミュレーションツールの境界条件として使用する方法です。このプロセスには時間がかかり2の異なるシミュレーションソフトウェアパッケージの購入および学習が必要です。