智能化建模:
在建模方面FloTHERM軟件提供了專門應用于電子設備熱分析的參數化模型建模功能(SmartParts),能夠迅速、準確地為大量電子設備建模。所有 SmartParts 器件凝聚了 Mentor Graphics 公司Mechanical Analysis Division 20 多年來的在電子冷卻建模領域的經驗,旨在提高建模效率,最小化求解時間,并最大化結果的精準度。
SmartParts主要功能:
◇SmartParts 完整集群(參數化模型創(chuàng)建宏)
◇多級SmartParts器件(同一項目可提供簡約模型和詳細模型)
◇資源管理器樣式的項目管理器,配備拖放功能
◇CAD 風格、鼠標繪制圖板以及拖放功能創(chuàng)建和操作模型
◇多重嵌入式局域化網格,在確保計算精度的同時大大提高計算效率和處理復雜結構的能力
◇模型庫包含數千種器件和基本形體的 FloTHERM 模型,如:風扇、鼓風機、元器件、散熱器、材料、熱界面材料等
◇與物體相關聯的網格模式使建模和網格生成一步完成
高級MCAD與EDA數據接口:
FloTHERM 擁有業(yè)內最優(yōu)秀的MCAD 和 EDA (Electronics Design Automation, 電子設計自動化) 接口。FloTHERM 不僅可兼容Creo Parametric,Solidworks,CATIA以及其他主流MCAD 軟件數據,支持模型的導入和導出;另外,FloTHERM的EDA 接口不但支持 EDA 軟件的 IDF 格式 PCB 板模型導入,還可直接接口讀入 Allegro, Board Station 以及 CR5000 等軟件的走線、器件參數、過孔等詳細模型。
專業(yè)網格劃分:
FloTHERM 采用正交網格技術,同時采用先進的非連續(xù)嵌入式網格和 Cut Cell 網格切割技術。局域化網格功能可在需要時進一步細化網格,將求解時間縮至最短。
FloTHERM 軟件配有專門針對于電子散熱行業(yè)的半自動網格技術。FloTHERM 網格與 SmartParts 緊密關聯,網格生成在FloTHERM 中處理為建模的一個步驟,用戶可控制網格細化程度。FloTHERM是唯一一款使用與物體相關聯的網格模式的分析軟件,避免了模型修改時重新生成網格。
FloTHERM 可視化后處理模塊專為提高電子設備散熱設計速度而研發(fā)。完全逼真的模型、三維流動動畫和工具處理溫度的動態(tài)變化以及流動結果協助工程師迅速高效地發(fā)現熱設計問題所在并將設計改進可視化。動態(tài)流線和示蹤粒子運動圖方便了工程師同不具備熱設計概念的同事交流。
精確快速的求解器:
FloTHERM的求解器基于笛卡爾網格系統(tǒng),運算結果精確,單位網格之運算速度全球最快。針對大面積的不規(guī)則模型,FloTHERM采用“局域化”網格技術。該技術能夠對不同求解域的元件之間生成相互匹配、嵌套和非連續(xù)網格界面。針對電子系統(tǒng)內部的熱耦合特性,目前 FloTHERM 采用了先決耦合殘差算法和靈活多重網格循環(huán)技術來處理這個問題。務實、獨特和精準的求解終端標準能夠快捷地生成的結果,滿足實際工程需求。
精確快速的求解器:
基于SmartPart的建模和結構化笛卡爾網格使得FloTHERM模型可采用 DOE試驗設計(Design of Experiments, DoE)技術。在原始模型基礎上改變設計變量,求解大量不同參數的模型,有效地協助用戶探索廣泛的設計空間。這為對比不同設計參數模型的分析結果提供了重要信息,從而盡量減少需要求解的模擬模型,同時,這也為采用功能強大的響應面優(yōu)化設計法和順序優(yōu)化法奠定了基礎。FloTHERM 通過計算所有相關結果的響應面而擴展了這個優(yōu)化功能。響應面法優(yōu)化 (RSO) 是從 DoE 結果中分離出來的數值方程,實時評估設計空間內任意位置的熱設計方案。用戶可將實時二維和三維云圖與響應面結構結合,通過滑動標尺設置設計參數數值。響應面也完全支持用戶自定義成本函數的數學最優(yōu)化,不需要求解額外實例,就可評估最優(yōu)求解方案。
同時也可執(zhí)行成本函數的自動循序優(yōu)化 (SO)。這種基于梯度的方法將對原始模型不同變量建立新模型并對之運行求解,這種方法能夠無誤地選出并確定最優(yōu)熱設計求解方案。循序優(yōu)化可幫助理解設計約束 (比如最高元件溫度),并將這些信息包含在軟件自動選取的最優(yōu)方案中。
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傳熱分析:對電子系統(tǒng)內外的熱傳導、對流以及熱輻射進行全面分析,計算設備內外的溫度場以及流場等。
流場分析:自然冷卻、強迫冷卻及混合冷卻的分析功能。
瞬態(tài)分析:FloTHERM 強大的瞬態(tài)分析能力使得其能夠預測大范圍的瞬態(tài)行為?蓪⑸崃颗c時間變化對應的信息用.csv 格式文件導入軟件,定義隨時間變化的散熱情況。不但可以進行開機、關機、故障的瞬態(tài)分析,同時也能進行變化功耗及環(huán)境變化情況下的瞬態(tài)分析。
輻射計算:市場上唯一全部采用高精度Monte-Carlo方法進行輻射計算的電子散熱仿真軟件,在密閉設備及外太空電子設備的計算上有極大的優(yōu)勢。
太陽輻射:可以自動確定太陽的入射角和輻射強度,自動計算太陽輻射的遮擋、吸收、反射、透射、折射,同時可以分別考慮太陽輻射的吸收率α與紅外發(fā)射率ε的不同。
液冷分析:可以分析含多種冷卻介質的散熱系統(tǒng),如對液冷、風冷同時存在的電子設備或冷板等的熱分析。
◆ 設計挑戰(zhàn)
Crane航空&電子公司使用FloTHERM熱仿真軟件研發(fā)一種在垂直或水平方向工作的新型散熱片。該散熱片是為一商用航空公司的直流電子系統(tǒng)設計。使用傳統(tǒng)的設計和測試方法研發(fā)出一種全新的符合規(guī)格要求的散熱片需投入長時間。然而Crane公司工程師Mark Resler利用熱仿真軟件模擬了不同的散熱片結構,并最終選取一款性能最好并能配置于固定板或支架上的與眾不同的設計。
通常這種系統(tǒng)會使用在機身外墻的翅式散熱片。在本案例中,散熱片原本的設計規(guī)格是在水平或垂直位置工作但不是垂直/水平兩用。Resler與其他Crane工程師集體研討并設計了六種不同的散熱片構造,分別為:1)片式直立型;2)短翅型;3)長翅性;4)45度翅型;5)短凹凸翅型帶外環(huán)法蘭;6)45度翅型帶外環(huán)法蘭。傳統(tǒng)評估以上概念的方法是分別建模和測試各性能。該方法成本昂貴,時間消耗久并可能導致無法按時交出產品。
◆ 解決方案和益處
利用FloTHERM的熱仿真使得Resler在相比較低的成本下可迅速評估大量的設計概念!癋loTHERM迅速生成模型并能便捷地更改邊界條件、環(huán)境條件和重力方向。”Resler說:“我利用這些功能從不同高度和不同周圍溫度為六個概念建模!盧esler利用FloTHERM生成列陣功能迅速生成這些模型。
Resler為每一設計做垂直方向和水平方向兩次仿真。仿真結果顯示片式直立型設計在垂直和水平兩方向均表現出最好性能。之后Resler再次模擬了片式直立型散熱片的性能以探討支架最合理的長度。
◆ 客戶證明
“對不同設計參數建模和評估要花費很大的成本和投入很多時間,”Resler總結:“熱仿真幫助我們在較短時間優(yōu)化散熱片熱性能和其重量,并使我們通過優(yōu)化設計將性能提升到在我們的時間限制內無法完成和評估的新層次!