一、背景介紹

隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，電子設(shè)備的功能日趨復(fù)雜且集成度顯著提升，散熱問題作為制約設(shè)備性能、可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素日益凸顯。為此，業(yè)界對(duì)更精確、高效的散熱分析工具的需求愈發(fā)迫切，以期滿足不斷升級(jí)的電子設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

計(jì)算能力的飛躍、數(shù)值算法的持續(xù)優(yōu)化以及多物理場(chǎng)耦合技術(shù)的突破性進(jìn)展，共同為新一代電子散熱軟件的開發(fā)鋪設(shè)了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基石。這些技術(shù)支持使得軟件能夠深入模擬并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)復(fù)雜的電子散熱場(chǎng)景，為電子產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的保障。

二、伏圖-電子散熱模塊介紹

伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）是基于伏圖平臺(tái)開發(fā)的針對(duì)電子器件、設(shè)備等散熱的專用熱仿真模塊。它內(nèi)置電子產(chǎn)品專用零部件模型庫(kù)，支持用戶通過“搭積木”的方式快速建立電子產(chǎn)品的熱分析模型，并利用成熟穩(wěn)定的算法計(jì)算流動(dòng)與傳熱問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子產(chǎn)品的熱可靠性分析，可廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、電子產(chǎn)品、半導(dǎo)體產(chǎn)品與設(shè)備、汽車、航空航天、數(shù)據(jù)中心等工業(yè)領(lǐng)域。伏圖-電子散熱模塊試用鏈接：伏圖?電子散熱 – Simapps Store – 工業(yè)仿真APP商店

三、功能特點(diǎn)與案例介紹

伏圖-電子散熱模塊具備快速建模、快捷網(wǎng)格剖分、精確求解以及提供豐富的后處理結(jié)果等功能特點(diǎn)。本文以某路由器為例，介紹路由器散熱在伏圖-電子散熱模塊中的實(shí)現(xiàn)方法，驗(yàn)證路由器設(shè)計(jì)方案。

1. 快速建模

伏圖-電子散熱模塊提供大量電子設(shè)備專用零部件的參數(shù)化建模宏，可快速準(zhǔn)確地完成各種冷卻場(chǎng)景的建模，包括基礎(chǔ)幾何形體（如立方體、平面、圓柱等）、常見電子器件（如機(jī)箱、多孔板、電路板等）的參數(shù)化模型，常見的制冷元件（如散熱器、風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷器等），還支持用戶直接在幾何模型上添加物理屬性，包括流動(dòng)邊界和熱邊界等。同時(shí)，伏圖-電子散熱模塊具備豐富數(shù)據(jù)接口，可導(dǎo)入主流CAD軟件生成的復(fù)雜幾何模型，以及ECAD軟件生成的相關(guān)文件等。

圖1 軟件界面

首先，對(duì)路由器模型進(jìn)行必要的幾何簡(jiǎn)化和清理，將stp幾何模型導(dǎo)入到軟件中，模型放置在桌面上，模型和剖面結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖2 外部機(jī)殼

圖3 內(nèi)部布局

 

2. 快捷網(wǎng)格剖分

伏圖-電子散熱模塊具備跨尺度的正交六面體網(wǎng)格剖分能力，能對(duì)數(shù)萬量級(jí)個(gè)數(shù)的自建模型和導(dǎo)入模型進(jìn)行快速穩(wěn)定的網(wǎng)格剖分，支持?jǐn)?shù)億量級(jí)網(wǎng)格單元數(shù)量的剖分與顯示，并且支持八叉樹網(wǎng)格，對(duì)導(dǎo)入體等不規(guī)則元件可方便快捷的劃分網(wǎng)格。同時(shí)，它還支持局部加密網(wǎng)格和設(shè)置邊界層網(wǎng)格，自動(dòng)處理模型之間的覆蓋重疊并識(shí)別流動(dòng)傳熱邊界，還可查看網(wǎng)格質(zhì)量信息以及進(jìn)行平面網(wǎng)格投影。

圖4 整體網(wǎng)格剖分

圖5 八叉樹網(wǎng)格設(shè)置

圖6 內(nèi)部網(wǎng)格設(shè)置細(xì)節(jié)

圖7 檢查網(wǎng)格

3. 求解計(jì)算

伏圖-電子散熱模塊采用有限體積法求解器，支持流熱耦合計(jì)算，提供高精度的離散計(jì)算方法以及高保真的仿真模擬。它具備層流與湍流求解功能，可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)流動(dòng)傳熱分析，支持多種散熱場(chǎng)景的分析，如固體導(dǎo)熱、自然對(duì)流、輻射、強(qiáng)制風(fēng)冷、液冷等，并支持百核以上的高效并行計(jì)算。經(jīng)過算法重構(gòu)和云計(jì)算技術(shù)加持，其仿真偏差可控制在±2℃以內(nèi)。

圖8 求解類型和求解能力

圖9 殘差曲線

圖10 監(jiān)控點(diǎn)曲線

4. 豐富的后處理結(jié)果

針對(duì)電子散熱設(shè)備特點(diǎn)，伏圖-電子散熱模塊提供符合用戶需求的結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析功能，幫助用戶對(duì)結(jié)果做出快速判斷。不僅支持云圖、矢量圖、流線圖、動(dòng)畫等多種可視化功能，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)元件的平均溫度、傳熱量、流量等數(shù)據(jù)，還可對(duì)比顯示不同設(shè)計(jì)方案的差異。

圖11 云圖及設(shè)置

圖12 內(nèi)部元件云圖

圖13 流線與設(shè)置

四、關(guān)于伏圖

伏圖（Simdroid）具備固體力學(xué)、流體力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等通用求解器，支持多物理場(chǎng)耦合仿真。在統(tǒng)一友好的環(huán)境中為仿真工作者提供前處理、求解分析和后處理工具。同時(shí)，作為仿真PaaS平臺(tái)，其內(nèi)置的APP開發(fā)器支持用戶以無代碼化的方式便捷封裝參數(shù)化仿真模型及仿真流程，將仿真知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可復(fù)用的仿真APP。

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