建立幾何元件圖形

FLOTHERM 提供了一些原始的幾何模型，分別有立方體、三角塊、平板、

風扇、散熱片、PCB 板、圓柱、外殼及熱源等幾何圖形元件。在這個設定範圍 裡，依不同的元件而有不同的參數設定，做以下幾個設定：

1. 材料屬性（Material Attribute）設定：

其中包含了熱傳導係數、密度與比熱等設定，另外還可以針對此材料 額外設定其表面處理情況。

2. 表面屬性（Surface Attribute）設定：

其中包含了表面粗糙度、放射率（Emissivity）、表面與流體之間熱阻、

表面與固體之間熱阻與面積因子（Area Factor）等設定。

3. 熱屬性（Thermal Attribute）設定：

設定幾何圖形元件的熱源模式（其中包含了固定溫度、固定熱通量、

傳導元件與電熱等模式）。

4. 輻射屬性（Radiation Attribute）設定：

設定幾何圖形元件表面的輻射模式（其中包含單一表面輻射與分割表 面輻射模式等）、最小輻射面積設定與分割表面公差（Sub-divide Surface Tolerance）等。

5. 表面熱交換（Surface Exchange）設定：

設定元件表面熱對流係數（可自行設定或交由程式自行運算）與元件 表面參考溫度（可自行設定或交由程式自行運算）。

在 ACOP 電腦中的元件中，後側有兩個大小為 92x92x25 mm 之風扇，調節 提供此兩風扇之電壓，使其輪流運轉工作，控制供給 ACOP 之風量為 12 cfm。

ACOP 的後艙室有一隔板，可以分離進、出口之空氣，使進入之空氣，必須 先通過框架，才能繞回到出口處離開。而框架的兩側，長出散熱鰭片，並封住其 端縫，而硬碟的後方也沒有阻擋，所以進口進入之空氣，通過框架時會流過散熱 鰭片之間，以及硬碟之周遭。也因此可以帶走由五片電路板及四顆硬碟工作時所 傳導至框架的散熱片之消耗功率，或是空氣直接帶走硬碟上的熱。

框架上的散熱鰭片，為了讓冷卻氣流有效進入鰭片間的通道，因此以端板將 此散熱鰭片封住，使其成為散熱鰭片通道。基於加工製造和散熱能力之考量，其 鰭片厚度為 1.5 mm，鰭片間流道寬度為 2.5 mm。依 ACOP 之高度，兩側之鰭片 數分別均為 52 個，共 104 個鰭片，其靠近硬碟處高度為 40.3 mm，計有 19 片鰭 片；靠近電路板處高度為 44.8 mm，計有 33 片鰭片，此散熱片之材質為 6061 鋁 合金。詳如表 2.1。

ACOP 初始設計如圖 2.6，規劃框架上端的部份安裝四個硬碟，硬碟分成上、

下兩組，一般情況下，只有一組硬碟工作，另外一組則處於待機的狀態。而最嚴 苛狀況下，是兩組硬碟，即四個硬碟同時工作。分析時，是考慮上方之硬碟於最 大消耗功率，而下方之硬碟處於待機，預測其工作溫度。因導熱及安裝硬碟之考 量，設計“Caddy”以固裝硬碟，如圖 2.5 所示。於是藉由 Caddy 上端面與框架接 觸固裝面，將熱量導至框架和散熱鰭片上。並且同時利用入口之冷空氣導入硬碟 控制板與框架間之縫隙流道，其縫隙高度約為 12 mm，將板上部份發熱量由流經 流道之冷空氣攜走。

框架下端，總計安裝六塊電路板，由上往下分別為 Spare 板、Sata+Ethernet 板、HRDL 板、USB+Video 板、SBC 板及 PS 板，如圖 2.6 所示。

各電路板件之雙邊以長、寬、高分別為 12 cm、5 mm、2 mm 之鋁合金墊片，

以螺絲固裝於電路板邊側，利用 Card-Locker 固裝在框架內表面的電路板支撐肋 上，詳如圖 2.7。藉由熱傳導之機制，將一般元件之發熱量利用板件內各層兩盎 司銅箔（如表 2.2 所列）導至框架和散熱鰭片上，再藉由流經鰭片流道內之冷空 氣，將熱量攜至外界。

在接觸熱阻的設定上，主要介面如：電路板與墊片，熱阻值為 0.2 W/cm² ℃；

墊片與支撐肋，為 0.1 W/cm² ℃；硬碟與 Caddy，0.2 W/cm² ℃；Caddy 與框架 0.1 W/cm² ℃。

ACOP 熱負荷是來自於電路板上的元件、硬碟與液晶螢幕等，其預測值是如 表上的「給定功率」所示。而實驗測試時，片狀電阻式加熱器因為要施加一定的 電壓，所以其各別所消耗之功率，則如表上的「實際功率」，為了讓此模擬與實 驗的狀態一致，所以模擬上採用實驗所施加之實際功率值。

電路板上加熱片的安裝位置，如圖 2.8 與圖 2.9，是電路板之中央，藉此加 熱片之消耗功率，來代表實際電路板所有元件消耗功率之總和。而每塊電路板所 消耗之功率大小不同，其各別的消耗功率值就如表 2.3 所示。其中發熱量最多的

是 PS 電路板，此電路板是位在所有電路板的最下層，消耗 14.634W 之功率。

硬碟加熱片的安裝位置就如圖 2.10 與圖 2.11 所示，依照實驗，是黏貼於硬 碟的表面，而其消耗功率也是參考硬碟功率的預測值來進行模擬。工作中的硬碟 會消耗約 11.55W 的功率，而待機的硬碟則只消耗約 0.72W 的功率。

另外 LCD 也是發熱源，所以在前方面板也安裝上加熱器，位置如圖 2.12，

總發熱量為 5.56W。

表 2.1 框架散熱鰭片幾何尺寸與材料 Number of fins at each

side of the chassis Height Thickness Length Distance between

two adjacent fins Material 19 near HDD 40.3 mm

33 near boards 44.8 mm 1.5 mm 162 mm 2.5 mm A6061

圖 2.5 硬碟與 Caddy 組裝示意圖

圖 2.6 硬碟與電路板安裝位置示意圖

HDD#1 HDD#2 HDD#3 HDD#4

ACOP-SBC ACOP-T102

ACOP-PS ACOP-T104 ACOP-T103 ACOP-T101

圖 2.7 硬碟及電路板散熱設計示意圖

表 2.2 測試使用之各電路板訊號、電力及地層銅箔重量及層數 Layer Merged board

(ACOP-T101&T103)

HRDL board (ACOP-T102)

Spare board

(ACOP-T104) SBC board PS board 1 Signal(1oz) Signal(1oz) Signal(1oz) Signal(1oz) Signal(1oz) 2 Plane(1oz) Plane(1oz) Plane(1oz) Plane(2oz) Plane(2oz) 3 Signal(1oz) Signal(1oz) Signal(1oz) Plane(2oz) Plane(2oz) 4 Plane(1oz) Plane(1oz) Plane(1oz) Signal(2oz) Signal(2oz) 5 Plane(1oz) Plane(1oz) Plane(1oz) Plane(2oz) Plane(2oz) 6 Signal(1oz) Signal(1oz) Signal(1oz) Plane(2oz) Plane(2oz) 7 Plane(1oz) Plane(1oz) Plane(1oz) Signal(2oz) Signal(2oz) 8 Signal(1oz) Signal(1oz) Signal(1oz) Plane(2oz) Plane(2oz)

9 Plane(2oz) Plane(2oz)

10 Signal(1oz) Signal(1oz)

HDD Merge board HRDL board Spare board SBC board PS board

Spacer Retainer

Fin

Fin channel 放大圖

表 2.3 各電路板、硬碟及液晶螢幕等最大消耗功率實際值與預測值

名稱

實際功率

（總值）

（W）

給定功率

（W）

Merged board 3.26 3.30 HRDL board 5.77 5.02 Spare board 5.77 4.59 SBC board 9.93 9.90 PS board 14.63 14.91 硬碟(工作中)*2 11.55 12.54 硬碟(待機中)*2 0.72 0.72

液晶螢幕 5.56 6.60

總功率(W) 69.46 70.84

圖 2.8 PS 板加熱器位置及消耗功率示意圖

圖 2.9 HRDL board（T101 板）加熱器位置及消耗功率示意圖 (5.77W)

(8.87W)

(5.77W) 電路板

支撐肋

加熱器

圖 2.10 （工作中）硬碟加熱器位置及消耗功率示意圖

圖 2.11 （待機）硬碟加熱器位置及消耗功率示意圖

圖 2.12 液晶螢幕加熱器位置及消耗功率示意圖 (7.61W)

(0.72W) (3.94W)

(5.56W)

ACOP 主機外殼