2. 风道设计输入梳理
风道设计的第一步不是画风道，而是把电气与结构约束翻译成 CFD 能直接使用的边界条件。很多仿真结果“看起来合理但不可信”，根源往往不在网格或湍流模型，而在于输入链条本身是断裂的：芯片功耗只给了典型值、允许结温被误当成壳温、环境温度没有区分本地海拔与机箱进风温度、风量风压需求则完全没有从热阻反推。本节按“热源—热阻—温升—风量—风压”的顺序，把这条输入链梳理清楚。
一、从电气约束到热源：功耗与热流密度
芯片功耗应区分三档：典型功耗（Typical）、最大持续功耗（TDP 或 Max Sustained）和峰值功耗（Peak，通常持续毫秒到秒级）。风道稳态设计以最大持续功耗为基准，峰值功耗用于校核瞬态结温。若只拿到电流电压，可用 P = V × I 估算，但要注意 DC-DC 转换效率与多路供电的叠加关系。
热流密度 q″ = P / Aeff，其中 Aeff 是有效散热面积。对带盖芯片，Aeff 取盖板顶面面积；对裸 die，取 die 面积。举例：某 ASIC 最大持续功耗 120 W，封装盖板 45 mm × 45 mm，则 q″ ≈ 120 / (0.045×0.045) ≈ 59.3 kW/m²，即约 5.9 W/cm²。这个量级决定了后续是走风冷还是必须加均热板。热流密度超过约 15 W/cm² 时，纯风冷加常规导热界面材料往往难以把结温压到 105 ℃ 以下，需要在输入阶段就标注风险。
二、温度约束：允许结温与环境温度
允许结温 Tj,max 来自器件手册，常见商用级 0～70 ℃ 对应 Tj,max = 100～125 ℃，工业级可到 125～150 ℃。工程上要留安全裕量，通常取 Tj,design = Tj,max − 10～15 ℃。环境温度必须明确是“设备进风口温度”还是“机房环境温度”，两者可能相差 5～15 ℃。若设备部署在海拔 2000 m 以上，空气密度下降约 20%，同一体积流量下质量流量减少，散热能力随之下降，需在输入中标注海拔修正。
由此得到允许的总温升预算：ΔTtotal = Tj,design − Tambient,inlet。例如 Tj,design = 110 ℃、进风 45 ℃，则 ΔTtotal = 65 ℃。这 65 ℃ 要分配给结到壳、壳到散热器、散热器到空气三段热阻。
三、热阻分解：把温升预算落到风道
热阻链为 Rja = Rjc + Rcs + Rsa。Rjc 由封装决定，Rcs 由导热界面材料与装配压力决定，Rsa 才是风道设计能影响的部分。若 Rjc = 0.15 ℃/W、Rcs = 0.10 ℃/W，则允许 Rsa = ΔTtotal / P − Rjc − Rcs = 65/120 − 0.25 ≈ 0.29 ℃/W。这个 0.29 ℃/W 就是散热器与风道必须共同满足的目标。
输入链核心关系：P → q″ → ΔTtotal → Rsa → 风量 Q → 风压 ΔP。任何一环缺失，CFD 边界条件都无法闭合。
四、从热阻到风量：Q = P / (ρ·cp·ΔTair)
风量需求由空气带走热量的能力决定。取空气密度 ρ ≈ 1.1 kg/m³（45 ℃、常压）、定压比热 cp ≈ 1005 J/(kg·K)，若允许空气温升 ΔTair = 15 ℃，则质量流量 ṁ = P / (cp·ΔTair) = 120 / (1005×15) ≈ 0.00796 kg/s。换算体积流量 Q = ṁ / ρ ≈ 0.00724 m³/s ≈ 26 m³/h，即约 15.3 CFM。这是“最低风量”，实际选型要留 1.3～1.5 倍余量，因为风道内存在旁通和回流。
注意 ΔTair 不能随意取大：它直接决定散热器表面温度下限。若 ΔTair 取 25 ℃，风量可降到约 9 CFM，但散热器出口空气已 70 ℃，Rsa 会因温差减小而恶化。工程上常把 ΔTair 控制在 10～20 ℃。
五、风压需求：系统阻抗与工作点
风压不是独立指标，而是风道系统阻抗曲线与风扇 P-Q 曲线的交点。系统阻抗 ΔP = K·Q²，K 由风道几何、滤网、散热器翅片密度决定。若已知散热器在目标风量下的压降约 12 Pa、滤网 8 Pa、进出口损失 5 Pa，则系统总压降约 25 Pa。选风扇时，其工作点应落在 P-Q 曲线中段偏右，即风量不低于 20 CFM 时静压不低于 30 Pa，避免落在失速区。
输入梳理检查要点：① 功耗是否区分典型/最大/峰值；② 热流密度是否按有效面积计算；③ 允许结温是否留了 10～15 ℃ 裕量；④ 环境温度是否明确为进风口温度；⑤ 海拔是否修正；⑥ 风量是否由热平衡反推而非经验拍定；⑦ 风压是否与系统阻抗匹配。
六、转化为 CFD 边界条件
完成上述梳理后，CFD 输入可整理为：热源体积功率密度（W/m³）或表面热流（W/m²）、进风口质量流量或速度入口、出口压力出口、壁面热边界（绝热或对流）、以及风扇的 P-Q 曲线或简化风扇模型。若用体积流量入口，需按进风口面积换算速度：v = Q / Ainlet。例如 Q = 26 m³/h、进风口 80 mm × 80 mm，则 v ≈ 1.13 m/s。这个速度值直接决定入口边界条件，也是后续网格与湍流模型选择的依据。