建模功能 - FloTHERM優(yōu)化電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)

　　1.SmartParts

　　FloTHERM軟件提供了專門應(yīng)用于電子設(shè)備熱分析的參數(shù)化模型創(chuàng)建宏(SmartParts)，能夠迅速、準(zhǔn)確地為大量電子設(shè)備建模。SmartParts技術(shù)應(yīng)用范圍：散熱器、風(fēng)扇、印刷電路板、熱電冷卻器、機(jī)箱、元器件、熱管、多孔板和芯片。

　　SmartParts器件凝聚了Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division 20多年來(lái)在電子冷卻建模領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，旨在提高建模效率，最小化求解時(shí)間，并最大化結(jié)果的精準(zhǔn)度。

　　主要功能包括：

　　◎SmartParts完整集群(參數(shù)化模型創(chuàng)建宏);

　　◎多級(jí)SmartParts器件(同一項(xiàng)目可提供簡(jiǎn)約模型和詳細(xì)模型);

　　◎資源管理器樣式的項(xiàng)目管理器，配備拖放功能;

　　◎CAD風(fēng)格、鼠標(biāo)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(wǎng)格，在確保計(jì)算精度的同時(shí)大大提高計(jì)算效率和處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力;

　　◎模型庫(kù)包含數(shù)千種器件和基本形體的FloTHERM模型，如風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、元器件、散熱器、材料和熱界面材料等;

　　◎與物體相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格模式使建模和網(wǎng)格生成一步完成。

　　2.智能的MCAD與EDA接口

　　FloTHERM擁有業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的MCAD和EDA(Electronics Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)接口。FloTHERM不僅可兼容Pro/ENGINEER、Solidworks、CATIA以及其他主流MCAD軟件數(shù)據(jù)，還支持模型的導(dǎo)入和導(dǎo)出。另外，F(xiàn)loTHERM的EDA接口不但支持EDA軟件的IDF格式PCB板模型導(dǎo)入，還可直接通過接口讀入Allegro、Board Station以及CR5000等軟件的走線、器件參數(shù)以及過孔等詳細(xì)模型。

　　3.網(wǎng)格

　　FloTHERM采用正交網(wǎng)格技術(shù)——當(dāng)今最穩(wěn)定的高效數(shù)值求解網(wǎng)格技術(shù)，同時(shí)采用先進(jìn)的非連續(xù)嵌入式網(wǎng)格和Cut Cell網(wǎng)格切割技術(shù)。局域化網(wǎng)格功能可在需要時(shí)進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格，將求解時(shí)間縮至最短。

　　FloTHERM軟件配有專門針對(duì)于電子散熱行業(yè)的半自動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)。FloTHERM網(wǎng)格與SmartParts緊密關(guān)聯(lián)，網(wǎng)格生成在FloTHERM中處理為建模的一個(gè)步驟，用戶可控制網(wǎng)格細(xì)化程度。該技術(shù)直觀簡(jiǎn)潔，滿足了工程師專注于設(shè)計(jì)的需求。

　　操作傳統(tǒng)CFD軟件需要大量時(shí)間和專業(yè)技術(shù)，相反，F(xiàn)loTHERM網(wǎng)格生成快捷，網(wǎng)格質(zhì)量穩(wěn)定。同時(shí)，F(xiàn)loTHERM是惟一一款使用與物體相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格模式的分析軟件，避免了模型修改時(shí)重新生成網(wǎng)格。

　　三、求解器和優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　1.參數(shù)化分析和優(yōu)化

　　基于SmartPart的建模和結(jié)構(gòu)化笛卡爾網(wǎng)格使得FoTHERM模型可采用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Design of Experiments，DOE)技術(shù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種決定設(shè)計(jì)參數(shù)(如散熱器翅片個(gè)數(shù)和通風(fēng)孔位置等)和結(jié)果(如元器件溫度和風(fēng)扇流量等)之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)化方法。FloTHERM采用DOE技術(shù)后，在原始模型基礎(chǔ)上改變?cè)O(shè)計(jì)變量，求解大量不同參數(shù)的模型，有效地協(xié)助用戶探索廣泛的設(shè)計(jì)空間。這為對(duì)比不同設(shè)計(jì)參數(shù)模型的分析結(jié)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(shí)，這也為采用功能強(qiáng)大的響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)法和順序優(yōu)化法奠定了基礎(chǔ)。DoE優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶設(shè)計(jì)的方案，自動(dòng)計(jì)算選優(yōu)。

　　FloTHERM通過計(jì)算所有相關(guān)結(jié)果的響應(yīng)面而擴(kuò)展了這個(gè)優(yōu)化功能。響應(yīng)面法優(yōu)化(RSO)是從DOE結(jié)果中分離出來(lái)的數(shù)值方程，實(shí)時(shí)評(píng)估設(shè)計(jì)空間內(nèi)任意位置的熱設(shè)計(jì)方案。用戶可將實(shí)時(shí)二維和三維云圖與響應(yīng)面結(jié)構(gòu)結(jié)合，通過滑動(dòng)標(biāo)尺設(shè)置設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)值。響應(yīng)面也完全支持用戶自定義成本函數(shù)的數(shù)學(xué)最優(yōu)化，不需要求解額外實(shí)例，就可評(píng)估最優(yōu)求解方案。

　　同時(shí)也可執(zhí)行成本函數(shù)的自動(dòng)循序優(yōu)化(SO)。這種基于梯度的方法將對(duì)原始模型不同變量建立新模型并對(duì)之運(yùn)行求解，這種方法能夠無(wú)誤地選出并確定最優(yōu)熱設(shè)計(jì)求解方案。循序優(yōu)化可幫助理解設(shè)計(jì)約束(如最高元件溫度)，并將這些信息包含在軟件自動(dòng)選取的最優(yōu)方案中。如圖2所示。

　　2.求解器

　　20多年來(lái)，F(xiàn)loTHERM的求解器一直專注地為解決電子設(shè)備散熱應(yīng)用而打造。求解器基于笛卡爾網(wǎng)格系統(tǒng)，運(yùn)算結(jié)果精確，單位網(wǎng)格之運(yùn)算速度全球最快。針對(duì)大面積的不規(guī)則模型，F(xiàn)loTHERM采用“局域化”網(wǎng)格技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)Σ煌蠼庥虻脑g生成相互匹配、嵌套和非連續(xù)網(wǎng)格界面。針對(duì)電子系統(tǒng)內(nèi)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(wǎng)格循環(huán)技術(shù)來(lái)處理這個(gè)問題。務(wù)實(shí)、獨(dú)特和精準(zhǔn)的求解終端標(biāo)準(zhǔn)能夠快捷地生成的結(jié)果，滿足實(shí)際工程需求。

　　3.瞬態(tài)分析

　　FloTHERM強(qiáng)大的瞬態(tài)分析能力使得其能夠預(yù)測(cè)大范圍的瞬 態(tài)行為?？蓪⑸崃颗c時(shí)間變化對(duì)應(yīng)的信息用“.csv”格式文件 導(dǎo)入軟件，定義隨時(shí)間變化的散熱情況。據(jù)此，可生成關(guān)于元 件溫度隨時(shí)間變化的精確報(bào)告，而不再是像過去提供的是基于 恒定狀態(tài)的能量消耗量。

　　主要功能包括：

　　◎同步求解傳熱主要形式，包括對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射;

　　◎求解終端可選擇為基于用戶自定義檢測(cè)點(diǎn)的收斂;

　　◎分析含多種冷卻介質(zhì)的散熱系統(tǒng)的能力;

　　◎模擬紊流或?qū)恿鞯哪芰?

　　◎在線性漸變、能量增加、指數(shù)增加、正弦曲線、周期性變化、或?qū)氲碾S時(shí)間變化的“.csv”文件中的所有變量均可定義為瞬態(tài)變量;

　　◎全自動(dòng)輻射換熱和全自動(dòng)輻射傳熱系數(shù)的計(jì)算;

　　◎自動(dòng)加載太陽(yáng)輻射項(xiàng)目的邊界條件。