Flotherm建模的案例
限時0元 | 《Flotherm基本建模和后處理操作》
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《Flotherm基本建模和后處理操作》
電子產品散熱需求與日俱增。Flotherm作為最流行的仿真軟件，可以高效預測散熱方案是否合理。本系列視頻演示了Flotherm的一些基本操作，涵蓋幾何建模、模型設定和后處理分析。
章節1：Flotherm中的各向移動和各向旋轉
章節2：Flotherm后處理顯示流線
章節3：Flotherm查看和分析風扇工作點
章節4：Flotherm后處理中域的妙用
章節5：Flotherm必知的模型設置
章節6：Flotherm后處理顯示流場和溫度場
章節7：Flotherm關鍵幾何建模工能——對齊
章節8：Flotherm中的隱藏項目
章節9：Flotherm中賦材料和建立新材料的方法
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展開 限時 | 《從零開始學散熱——熱電冷卻器（TEC）選型設計及其Icepak和Flotherm建模仿真
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</div><p class="ql-align-justify">介紹半導體制冷片的工作原理、在電子產品熱設計中的應用方法，以及使用Ansys Icepak和Simens Flotherm對其進行仿真模擬的方法。</p><p class="ql-align-justify">Ansys Icepak中TEC的建模仿真資料非常稀少，本視頻不僅詳細描述TEC的建模方法，還詳述了仿真思想。對于理解TEC的根本工作原理，和使用非Ansys Icepak軟件建模仿真也有啟發。</p><p class="ql-align-justify">課程還演示了Flotherm建立TEC的具體操作。
展開 Flotherm熱仿真器件建模方法--集總參數法
然而在Flotherm軟件在8.1版后，提供了各種不同封裝類型的導熱系數庫（Typical Lumped Packages），在我們使用塊模型時可以根據器件的不同封裝類型來應用不同的材料屬性。這些值是Flotherm公司根據不同封裝器件的構造特點，使用集中參數法并參考JEDEC標準環境下的測試結果綜合考慮而獲得的。相對之前的兩種設置方式，其精確度有了進一步的提高。
表1 Typical Lumped Packages庫中各種器件
然而，使用這種模型精確度究竟如何呢？實際上即使相同的封裝類型、封裝尺寸，不同的生產商所產出的器件都是不一樣的，而我們用簡單的集中參數法的一個塊模型來代替一種封裝類型的器件，其精度不言而喻。不過大體來說，這種建模方式的精度在70%~~90%之間。但并不能說這種建模方式的精度低，我們就盡量少用。實際上對熱設計工程師而言，尤其是做系統級仿真的工程師來說，使用這種器件建模方式往往一種比較理想的方式。
首先，這種建模方式簡單，網格數比較少。
其次，對于整個系統來說，器件模型的簡化并不影響整個系統的熱流場，對于系統設計來說，我們重要的設計一個良好的熱流系統，使系統中不存熱點、不存在回流以及整個系統具有較小的阻力。那么塊模型建模方式是完全可以滿足我們的需求的。
最后，回到器件精度上考慮，實際上我們所做的系統往往都是比較復雜的，也就是相對一個器件來說，這個器件只是整個系統的一小部分，其自身的誤差也許在孤立的環境下非常大，但當它融入一個復雜的系統后，由于環境之間的互相影響，以及熱流通道的增多，它的相對誤差就會大幅度降低。
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基于Flotherm分析的機柜熱設計及仿真研究
2、建模過程：（1）主板3D建模。為了比較實際模型，當ProE 5.0軟件將實際模型模擬為3D并根據CFD模擬將柵格分割為CFD模擬時，必須對子部件的柵格進行精細。特別是亞組分.主板的主要散熱元件是CPU元件和指針卡，不能簡化.主板上方的大型元件影響散熱速度場、建模其它小型器件具有低散熱，對速度場影響小，忽略簡化或從3D模型中除去小器件。主要的ORME沒有對熱量產生影響，模型沒有被考慮在內，并從3D模型中刪除。
（2）主板CFD散熱建模。將ProE 5.0中初選的單風道系統和雙風道系統結構模型導入Flotherm前置建模軟件FloMCAD進行散熱系統建模；在FloMCAD中將Proe5.0建立的單風道系統和雙風道系統結構模型進行轉換成Flotherm能識別處理的散熱系統模型，并進行網格劃分，轉換模型如圖。
圖2 轉換模型
（3）仿真結果。核心散熱主板系統仿真分四次仿真，分別為環境溫度25益、35益、45益、55益時的仿真。核心散熱主板系統仿真在環境溫度25益時仿真結果速度分布圖和流動場，核心散熱主板系統仿真在不同環境溫度下時監視顯卡核心溫度和CPU核心溫度，實驗數據結果如表所示。
表1 實驗數據結果
根據試驗結果，模擬結果可以更容易地顯示主板各部分的速度和溫度的比分布。在CUP和顯卡核心溫度與實驗溫度的對比以及模擬結果與實驗結果數據比較可以看出，模擬結果更接近實驗結果，并且隨后的處理可以減少模擬錯誤。
3、機柜熱控制系統設計。出入口壁櫥布局的變化主要影響壁櫥之間的氣流分布，從而影響壁櫥的通風和傳熱特性。為了研究進氣口并提供模擬結果，提供了進氣口和出氣口，在微重力下的空氣流量為6m3/天，以及在機艙通風的機架內傳熱的帶寬。
展開 AutoFormR6安裝程序及補丁
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您會看到各種不同的模塊，諸如立方體，外殼，風扇等，這些都可在FLOTHERM中直接建模。
選中Root Assembly（裝配樹狀結構的根），并單擊箱體圖標 。這會使箱體尺寸與求解域(Overall Domain)尺寸隨時保持一致。
選中“Chassis”并使用右鍵調出‘Enclosure Menu’菜單。選擇‘Construction’察看輸入對話框。三維尺寸應該為(250,75,300) mm。保證選項 ‘Modeling Level’選擇在‘Thin’。將機箱壁厚度‘Thickness’設置為 1.6 mm。
點擊‘OK’退出‘Enclosure Menu’。
要將材料屬性‘Mild Steel’（低碳鋼）應用于機箱，右鍵點擊該“Chassis”。選擇‘Material’（材料屬性），在彈出的窗口中點擊‘Library’，這時出現‘Material Libraries’窗口。點開’+’，擴展‘Libraries’，再點開‘Materials’材料庫。展開‘Alloys’（合金），選中‘Steel (Mild)’并點擊‘Load’。單擊‘Dismiss’關閉‘Material Libraries’窗口。
回到‘Material’（材料屬性）窗口，在‘Selection’中選中‘Steel (Mild)’并點擊‘Edit’（編輯）出現‘Material Property’（材料屬性）對話框。單擊‘OK’關閉此對話框。
再回到‘Material’窗口，點擊‘Attach’將剛才設置的材料性能應用于機箱并點擊‘Dismiss’ 關掉此窗口。
七：箱體打孔
要使空氣能夠在機箱內流通，需要在機箱壁上打孔，以下我們用打孔的板代替機箱壁進行建模。
在PM中，點擊“Chassis”配件前面的擴展附‘+’，您將看到三個方向上的六個不同的機箱壁面。
展開 電子散熱仿真軟件，你知道多少?
目前，在電子設備熱設計行業內使用的CFD熱學仿真軟件主要有：Flotherm，Icepak和6SigmaET，下面將對幾款熱分析軟件進行簡單的功能對比分析：
1.Flotherm：
Flotherm是由美國Mentor Graphics公司（現成為Siemens公司旗下產品）設計開發的專門針對電子器件/設備熱設計而開發的仿真軟件，作為一款強大的應用于電子元器件以及系統熱設計的三維仿真軟件。在任何實體樣機建立之前，工程師就可以在設計流程初期快速并簡易地創建虛擬模型，運行熱分析以及測試設計進行更改。Flotherm采用先進的 CFD （計算流體力學）技術，預測元器件、PCB 板以及整機系統的氣流、溫度以及傳熱。
特點分析：
網絡技術：
笛卡爾結構化網格;
非連續嵌入網格技術和Cut Cell網格切割技術;
支持多層網格嵌套與局部加密;
半自動網格劃分技術與Smart-Parts對象關聯相結合;
占用的內存和CPU資源少.
模型庫
軟件原廠商完成大量電子器件熱模型方法的研發;
有大量智能部件（Smart-Parts），可直接在Flotherm中進行參數化建模;
詳細的熱管、多孔板、雙熱阻、PCB板、焦耳熱、TEC等電子冷卻專用模板、雙熱阻、TEC、風扇等眾多專業廠家產品性能庫以及電子冷卻分析專用材料庫.
CAD接口
允許直接使用CAD模型;
可在Flotherm中直接建模;
可使用Smart-Parts進行參數化建模分析.
EDA接口
支持IDF 格式讀入;
支持直接讀入Allegro、BoardStation 和Expedition及CR5000等EDA 軟件PCB 模型的詳細信息;
并可過濾選擇各種器件的導入.
展開 案例分享 | Cradle CFD為復雜航空電子設備提供高級熱仿真
最初的分析是由客戶使用FloTHERM?進行的，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CAD模型，直接分析。Mr. Villers回憶說：“在很短的時間內，我們能夠從3D裝配中創建準確的熱仿真模型，復制FloTHERM?模型，并向其中添加更多設計參數，來進一步推進設計研究。我們能夠用FloTHERM?所需的一半的時間，創建一個更準確的模型。
此外，借助HeatPathView等先進工具，我們可以更好地了解系統的熱性能，并更有效地改善散熱路徑。” 集成在scSTREAM中的HeatPathView是一個補充工具，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零件的詳細熱仿真信息。
在惡劣環境下準確預測設備性能
TEN TECH推出的另一項激動人心的工作是軍事數據記錄和存儲單元的整個散熱設計。“該系統使用COTS（商用現貨）組件，因此我們必須創建非常詳細的模型來預測消費級的電子產品在惡劣的軍事環境中的運行方式”Mr.Villers先生說。“借助scSTREAM高性能和高效的分布式并行計算功能，我們能夠快速創建超過2000萬個網格單元的非常詳細的模型，并且每天能夠進行許多設計驗證和優化迭代，包括流路優化、風扇尺寸確定、散熱器優化和放置。”結果如圖2所示：加固型數據處理系統的模型（右）顯示了與溫度分布圖和流線。記錄器單元（左）中安裝的IntelXeon?處理器的詳細熱模型顯示了一半的原始模型和一半的合成網格溫度。由于他們在scSTREAM中獲得的分析結果良好，且分析精度極高，該裝置輕松通過了認證測試，現在可以在美國海軍E-2D上使用。
展開 案例分享 | 為復雜的航空電子設備提供高級熱仿真
在進行CFD分析時，模型處理的時間是一個難題，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。”
“我們能夠在破紀錄的時間內創建復雜系統的精確熱模型。我們已經使用并評估了幾種競爭產品，其中之一是事實上的標準，FloTHERM?。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一直是我們在電子冷卻應用方面主要使用的CFD/熱學工具，并且我們并不后悔選擇了它。”
電子應用的正確工具
Mr. Villers進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用中都表現出色：創建模型容易且快速，求解器快速且準確，結果和文檔的簡便性和質量也十分出色。” 他指出結果的可視化是scSTREAM的優勢之一：HeatPathView是一個很好的例子。Mr.Villers繼續說道：“我們將一些熱仿真模型與真實的測試數據進行了比較，結果發現我們的分析預測與溫度和空氣流量的測試數據誤差在5％之內。我們對使用scSTREAM做出的熱仿真結果的預測充滿信心。” 他很高興分享公司已完成的兩個成功項目。
HeatPathView提供的詳細熱路徑信息
TEN TECH的一位客戶從熱管理的角度咨詢了搜救雷達系統的性能評估。最初的分析是由客戶使用FloTHERM?進行的，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：“在很短的時間內，我們能夠從3D裝配中創建準確的熱仿真模型，復制FloTHERM?模型，并向其中添加更多設計參數，來進一步推進設計研究。
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