案例分享 | 為復(fù)雜的航空電子設(shè)備提供高級(jí)熱仿真

MSC Cradle CFD

2023年3月25日 19:51

案例分享 | 為復(fù)雜的航空電子設(shè)備提供高級(jí)熱仿真的圖1

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圖 1: 搜救雷達(dá)系統(tǒng)

從第1天起，scSTREAM就達(dá)到并超出了預(yù)期目標(biāo)

網(wǎng)格劃分策略通常是影響軟件決策的關(guān)鍵部分。至少TEN TECH就是這種情況，他們正在尋找笛卡爾網(wǎng)格的CFD /熱仿真軟件。當(dāng)然，在他的腦海中還有更多的標(biāo)準(zhǔn)：好的幾何處理器；幾何簡(jiǎn)化功能；快速、準(zhǔn)確和完善的求解器和后處理；有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。

“從第1天起，scSTREAM就達(dá)到并超出了期望目標(biāo)。它易于使用，同時(shí)非常快速和準(zhǔn)確。”在進(jìn)行CFD分析時(shí)，模型處理的時(shí)間是一個(gè)難題，但是前處理器的仿真建模和scSTREAM求解器的速度使他感到驚訝。”

“我們能夠在破紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建復(fù)雜系統(tǒng)的精確熱模型。我們已經(jīng)使用并評(píng)估了幾種競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，其中之一是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)loTHERM?。scSTREAM不僅更易于使用，具有友好的GUI（用戶界面）和更好的性能，而且性價(jià)比高，以至于我們很輕易就下了決定使用它：在過去5年中，scSTREAM一直是我們?cè)陔娮永鋮s應(yīng)用方面主要使用的CFD/熱學(xué)工具，并且我們并不后悔選擇了它。”

電子應(yīng)用的正確工具

Mr. Villers進(jìn)一步討論了他的公司在過去五年中使用scSTREAM取得的成功。“ scSTREAM在我們所有的電子冷卻應(yīng)用中都表現(xiàn)出色：創(chuàng)建模型容易且快速，求解器快速且準(zhǔn)確，結(jié)果和文檔的簡(jiǎn)便性和質(zhì)量也十分出色。” 他指出結(jié)果的可視化是scSTREAM的優(yōu)勢(shì)之一：HeatPathView是一個(gè)很好的例子。Mr.Villers繼續(xù)說道：“我們將一些熱仿真模型與真實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們的分析預(yù)測(cè)與溫度和空氣流量的測(cè)試數(shù)據(jù)誤差在5％之內(nèi)。我們對(duì)使用scSTREAM做出的熱仿真結(jié)果的預(yù)測(cè)充滿信心。” 他很高興分享公司已完成的兩個(gè)成功項(xiàng)目。

HeatPathView提供的詳細(xì)熱路徑信息

TEN TECH的一位客戶從熱管理的角度咨詢了搜救雷達(dá)系統(tǒng)的性能評(píng)估。最初的分析是由客戶使用FloTHERM?進(jìn)行的，但是客戶的模型無法直接使用，需要在FloTHERM?軟件重新建模。而scSTREAM可以直接讀入客戶的三維模型，直接分析。Mr.Villers回憶說：“在很短的時(shí)間內(nèi)，我們能夠從3D裝配中創(chuàng)建準(zhǔn)確的熱仿真模型，復(fù)制FloTHERM?模型，并向其中添加更多設(shè)計(jì)參數(shù)，來進(jìn)一步推進(jìn)設(shè)計(jì)研究。我們能夠用FloTHERM?所需的一半的時(shí)間，創(chuàng)建一個(gè)更準(zhǔn)確的模型。

此外，借助HeatPathView等先進(jìn)工具，我們可以更好地了解系統(tǒng)的熱性能，并更有效地改善散熱路徑。” 集成在scSTREAM中的HeatPathView是一個(gè)補(bǔ)充工具，幫助用戶檢查分析零部件之間的熱傳遞、熱交換的方向性、熱傳遞的形式以及每個(gè)零件的詳細(xì)熱仿真信息。

圖1顯示了帶有熱仿真信息表和HeatPathView提供的圖形的搜救雷達(dá)系統(tǒng)模型。

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圖 2: 詳細(xì)的熱模型（左）和加固型數(shù)據(jù)記錄器系統(tǒng)模型（右）

在惡劣環(huán)境下準(zhǔn)備預(yù)測(cè)設(shè)備性能

TEN TECH推出的另一項(xiàng)激動(dòng)人心的工作是軍事數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)單元的整個(gè)散熱設(shè)計(jì)。“該系統(tǒng)使用COTS（商用現(xiàn)貨）組件，因此我們必須創(chuàng)建非常詳細(xì)的模型來預(yù)測(cè)消費(fèi)級(jí)的電子產(chǎn)品在惡劣的軍事環(huán)境中的運(yùn)行方式”Mr.Villers先生說。“借助scSTREAM高性能和高效的分布式并行計(jì)算功能，我們能夠快速創(chuàng)建超過2000萬個(gè)網(wǎng)格單元的非常詳細(xì)的模型，并且每天能夠進(jìn)行許多設(shè)計(jì)驗(yàn)證和優(yōu)化迭代，包括流路優(yōu)化、風(fēng)扇尺寸確定、散熱器優(yōu)化和放置。” 結(jié)果如圖2所示：加固型數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的模型（右）顯示了與溫度分布圖和流線。記錄器單元（左）中安裝的IntelXeon?處理器的詳細(xì)熱模型顯示了一半的原始模型和一半的合成網(wǎng)格溫度。由于他們?cè)趕cSTREAM中獲得的分析結(jié)果良好，且分析精度極高，該裝置輕松通過了認(rèn)證測(cè)試，現(xiàn)在可以在美國(guó)海軍E-2D上使用。

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圖 3: 使用scSTREAM FLDUTIL進(jìn)行數(shù)據(jù)映射

CFD分析在電子行業(yè)中的作用

Mr.Villers表示，CFD分析在他所從事的行業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色，從可行性測(cè)試、概念設(shè)計(jì)到最終驗(yàn)證過程。他解釋說：“在測(cè)試設(shè)備中復(fù)制某些我們必須應(yīng)對(duì)的惡劣環(huán)境是不切實(shí)際的，而且成本很高。”另一方面，他還談到了在通常情況下進(jìn)行CFD分析的困難。Mr.Villers解釋了scSTREAM如何減輕大多數(shù)行業(yè)內(nèi)問題的顧慮（最常見問題，包括性價(jià)比、使用的復(fù)雜性以及結(jié)果查詢和文檔的質(zhì)量）。“ scSTREAM很好地解決了價(jià)格和性能方面的問題，并通過擁有友好的GUI不斷地改善用戶體驗(yàn)。”他說，GUI（圖形用戶界面）對(duì)于“休閑”用戶非常重要。scSTREAM以清晰、“漂亮”的方式查看模型和可視化結(jié)果的能力也與市場(chǎng)上最好的 CFD軟件實(shí)力相當(dāng)。

scSTREAM的未來用途

Mr.Villers當(dāng)前的工作領(lǐng)域涉及從組件到系統(tǒng)級(jí)的熱分析。使用CFD進(jìn)行分析，可以極大地幫助國(guó)防電子系統(tǒng)進(jìn)行熱管理、設(shè)計(jì)和鑒定。由于scSTREAM的多功能性，TEN TECH看到了更多的CFD應(yīng)用機(jī)會(huì)。 “ scSTREAM未來的用途將包括建筑空氣動(dòng)力學(xué)和空調(diào)應(yīng)用，以及流體結(jié)構(gòu)相互耦合分析和CFD-FEA（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)-有限元分析）耦合，和/或與DassaultSystèmes的Abaqus協(xié)同仿真。” FLDUTIL是scSTREAM的補(bǔ)充工具，可將CFD結(jié)果（例如，壓力信息）映射到結(jié)構(gòu)分析工具（如Abaqus）中。圖3描述了scSTREAM的后處理文件（FLD文件）和結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)之間的連接。scSTREAM將繼續(xù)充當(dāng)TEN TECH LLC的快速、簡(jiǎn)單和可靠的分析工具。

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TEN TECH LIC

https://www.tentechllc.com

成立: 2011

業(yè)務(wù): 機(jī)械工程咨詢

董事長(zhǎng): Connie Yokogawa

地址: Los Angeles, CA (USA)

規(guī)模: 10 - 50 個(gè)員工

TEN TECH LLC是一家經(jīng)過ITAR（國(guó)際武器貿(mào)易條例）注冊(cè)的機(jī)械工程咨詢公司，總部位于加利福尼亞州洛杉磯，在馬薩諸塞州比勒里卡提供機(jī)械設(shè)計(jì)、分析和測(cè)試服務(wù)，重點(diǎn)是航空航天和國(guó)防、科技電子和可再生能源的應(yīng)用。

TEN TECH的機(jī)械設(shè)計(jì)部門專門從事消費(fèi)級(jí)和加固型機(jī)電包裝、電磁干擾硬化和塑料零件設(shè)計(jì)。其機(jī)械分析部門在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）、熱分析、振動(dòng)聲學(xué)和氣動(dòng)彈性方面提供專業(yè)知識(shí)，而物理測(cè)試部門則提供沖擊和振動(dòng)、熱、聲學(xué)、鹽/霧、濕度和氣流測(cè)試服務(wù) 。自2011年以來，TEN TECH一直是Software Cradle的高級(jí)用戶之一。

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William Villers

Mr.William Villers是航空航天和國(guó)防工業(yè)屆有著25年經(jīng)驗(yàn)的資深人士，擁有法國(guó)馬賽地中海技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)博士學(xué)位（博士學(xué)位）。他的專長(zhǎng)是航空電子系統(tǒng)和底盤方面的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、沖擊、振動(dòng)、流體動(dòng)力學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)的熱分析。Mr.Villers在歐洲和美國(guó)的主要工作的公司，包括Eurocopter，Aerospatiale和EDS，在工程和工程管理領(lǐng)域擁有不斷發(fā)展和成功的職業(yè)生涯。在職業(yè)生涯中，他一直參與并指導(dǎo)一些著名的航空航天和國(guó)防計(jì)劃的工程項(xiàng)目，其中包括NH90，Ariane 5，JPL MER＆MSL和JSF等。作為TEN TECH LLC的執(zhí)行合伙人，經(jīng)常需要他的工程知識(shí)和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，來?yè)?dān)任課題專家的代表。

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