1 引言
航天级产品具有高科技、高成本、研制周期长的特点，成本的很大一部分是消耗在环境试验上。如何既能达到预期的试验效果又能降低研制成本，缩短研制周期，成为现阶段所面临的一个难题。
近年来，电子计算机技术的突飞猛进为我们解决这一难题提供了新的方法和手段，数字仿真技术正逐渐应用于航天产品环境试验的各个领域。
2 环境试验技术的发展和虚拟试验的出现
环境试验技术的发展趋势是“更快、更好、更省”。随着近年来计算机技术和现代离散数学的飞速发展，形成了以有限元法FEM、有限差分法FDM、有限容积法FVM、边界元法BEM 及有限分析法FAM 为核心的求解方法。这些方法的产生能使工程师对工程设计模型作出快速、准确的仿真，使虚拟试验技术得以实现，从而降低成本、缩短试验时间和提高试验的安全性。
在虚拟试验的应用方面，美国等发达国家的环境试验室已成功将该技术应用到了实践中。例如，美国Sandia 公司开发了一套试验仿真工具来支持振动试验的设计以及用于评价一个组件或系统的整体可试验性，该工具称为振动试验优化虚拟环境（VETO）。在温度试验热仿真方面，由于物体传热的复杂性，建模较力学环境困难，相关应用的文献较少。但随着FLUENT 的Icepak 等商用热仿真软件的出现，使温度试验热仿真成为可能。
3 温度试验热仿真的Icepak 软件
Icepak 软件是专业的、面向工程师的电子产品热仿真软件，可以解决封装级、板级以及系统级的热仿真问题。建模过程快捷、网格生成与计算都是自动进行的。整个软件采用统一的集成化的环境界面，还具有广泛的模型能力、强大的解算功能和可视化后置处理。Icepak 软件在求解温度分布时，充分考虑了元件的几何因素、分布状态导热材料的传热系数及周围环境条件等，因此，求解结果较为准确。
4 温度试验热仿真的实例
4.1 试验状态描述
某型电源机箱处于试验状态（见图2），其内部均分三层，外部尺寸为420x240x600mm。总热功耗200W，其中变压器50W/个，电感24W/个，可控硅40W，电容1W/个。
1)试验箱内部尺寸为1200x1200x900mm，进风扇流量为0.7m3/s，回风口通透率87%。
2)试验将在试件不通电、通电两个状态下进行25℃-50℃瞬态变温、保温过程。
4.2 试验温度剖面
图1 试验温度剖面图
4.3 试验建模
1)按照几何参数和物理特性参数建立试验仿真模型如图2 所示，以试验箱为边界设立计算域。
2)将电源机箱底板112 个小孔简化为格栅，采用非结构化不连续网格，使总网格数控制在223505 个，
缩短了求解时间，详见图3。
3) 试验中考虑了试验箱进风扇和试件通电时电源机箱风扇强迫对流的影响，以及所有器件的热传导和热
辐射。
4) 选用Icepak 提供的强迫对流中的零方程湍流模型，对于电子产品一般均选用此模型。
图2 试验几何模型
图3 试验模型中心Z 向切面网格
4.4 试验过程仿真
1) 试件不通电状态，t=0 时，试验箱与试件均为25℃的平衡状态，共计算180 分钟。
2) 试件通电状态，t=0 时，试件为在25℃下通电的平衡状态，共计算180 分钟。
3) 进行网格检查、校核流态、设定初始条件，然后解算。
4) 试验温度变化过程见图5-图7。
4.5 试验结果
1)两种状态的质量、动量、能量方程在不同的迭代次数后收敛；
2) 两种状态的流场情况在电源机箱的风扇处存在明显的不同，详见图4；
3) 两种状态均在50℃保温两小时后达到温度平衡状态，温度、时间与真实试验结果十分接近；
4) 试验结果说明在50℃环境下，通电状态的变压器最高温度达到了91℃（见图7），应对试件重新进行热设计以控制其温度。
以下各图左图均为非通电状态，右图均为通电状态：
图4 试验模型中心Z 向切面风速矢量图
图5 t=0 分钟 试验模型中心Z 向切面温度云图
图6 t=5 分钟 试验模型中心Z 向切面温度云图
图7 t=125 分钟试验模型中心Z 向切面温度云图
5 结论和设想
（1） 通过对试件结构、物理特性、电器特性的精确测算，进行准确的建模，给出恰当的初边值条件，灵活运用划分网格的方法和技术，在重要部位（如温度梯度高的位置等）进行局部加密，在不规则形状处采用非结构化网格等，就能准确地仿真出试件在试验箱内热平衡后温度分布情况，还能得到热流密度、速度、压力等云图。
（2） 能够仿真出试验箱进行温度转变的瞬态过程，得到试件在这个瞬态过程中每个时刻的变化情况。
（3） 能够为真实的温度试验提供方案优化设计，例如：可提前仿真出试件在试验箱内的温度平衡时间以及试件在试验箱内最优试验位置。
（4） 能够为温度试验箱设计以及航天产品贮存环境设计提供仿真模型和设计依据。
（5） 在一些试验设备无法达到的极值试验条件下或者试验件数量少价格极其昂贵的情况下，温度试验热仿真将更能充分显示出其独特的优势。
（6） 温度试验热仿真有别于传统的温度试验仅靠采集设备获取的试件上几个点的试验信息，它获取的是整个三维试验空间内连续点的温度、速度、压力等大量的试验信息。
（7） 从结构相对简单的试件进行温度试验的热仿真开始，并结合传统的温度试验进行验证不断优化修正仿真模型，摸索出航天产品进行温度试验热仿真的方法和普遍规律，逐渐向复杂结构的全系统仿真过渡，提出环境试验的新方法、新思路，对保证试验的质量和安全性、提高飞航导弹的可靠性、缩短研制周期、节约研制经费都具有深远的影响和意义。
（8） 将来如果能将电子产品的失效、故障引入到热仿真软件中，将会对环境试验产生巨大的推动作用。
参考文献
1 陶文铨，数值传热学（第二版），西安交通大学出版社,2001.5 14-16
2 FLUENT Inc.，Icepak 4.1 Tutorial Guide, August-2003
3 FLUENT Inc.，Icepak traiNIng notes ,June-2002
