FloEFD仿真的案例
FloEFD熱仿真分析之軟件介紹
FloEFD熱仿真分析之軟件介紹
By CAE白堤
1、熱仿真設計準備與要求
思想上，對熱仿真設計有一定的興趣，且抱有持續學習的心態。理論上，至少需要對傳熱學（推薦陶文銓的數值傳熱學、圓山重直,王世學的傳熱學）、流體力學（推薦張兆順的流體力學、王洪偉的我所理解的流體力學,網上還有相關的視頻課程）、有限體積法（推薦李人憲的有限體積法基礎、如具有英文能力的，費斯泰赫的計算流體力學導論：有限體積法）等有所了解，如想進一步的提升，則在解決實際問題過程中不斷提升理論水平。軟件上，以入手最為簡單的FloEFD開始，相信對于熱仿真設計的新手或者結構設計師來說，這款軟件是個不錯的選擇，也足以應付工作中的一些散熱問題。至于Flotherm和Icepak相對難度較大，后續視情況再做分享。
2、 FloEFD軟件介紹
2.1優勢與特點
FloEFD是一款通用流體傳熱分析軟件。其使用有限體積法開發，可完全嵌入到CREO、Catia、SW等主流三維設計軟件。（本人的所有操作和案例在FloEFD 15.0 for CREO完成，如有需求，下載地址:https://pan.baidu.com/s/1H8DYhcKagoshDF7yM8WZaQ 提取碼:kl78，其他版本的可自行下載。）支持全自動網格和自適應網格劃分，具有層流、過渡流及湍流的自動識別和求解能力，具有自動求解收斂技術，仿真流程簡單思路清晰等，所以對于軟件使用者，能快速適應軟件，且省去了不同軟件之間轉換的問題，能極大降低軟件使用者對CFD專業背景的要求。
展開 FloEFD熱仿真分析之基礎設置（五）
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（五）-熱電制冷器
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（五）-熱電制冷器
CAE白堤
熱電制冷器
熱電制冷器（thermoelectric cooler）TEC，就像一個偏平三明治，即兩塊板夾著一個P-N結連接電路。其利用半導體材料的帕爾貼效應進行制冷或者制熱。帕爾貼效應是指當一塊N型半導體和一塊P型半導體連接成電偶時，并且在串聯的閉合回路中通以直流電流時，在其兩端的節點將分別產生吸熱和放熱現象。當然除了帕爾貼效應外，這過程中還涉及賽貝克效應、焦耳熱效應和熱傳導效應等。
冷端吸收的凈熱量：
熱電制冷器簡化
直接簡化為立方體，并設置其對應參數；
注：TEC的冷端和熱端默認不受用戶定義的邊界條件的限制；
作為軟件特殊計算處理，在計算結果中顯示為絕緣體；
尤其冷熱端的溫差必須在TEC運行范圍內；
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（四）-風扇散熱器
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（四）-風扇散熱器
CAE白堤
風扇散熱器
隨著封裝元件的熱功耗密度不斷增加，單純的散熱器所帶走的熱量已經很難滿足需求。風扇散熱器可以大幅提升在有限空間內散熱器的散熱能力，一般情況下，封裝元件被貼附在散熱器底部，由風扇促使空氣快速流動，將封裝元件熱量速度傳遞到散熱器而帶走。散熱器還沒有加裝風扇之前，從熱量傳遞來看是被動散熱。而現在加裝了風扇之后，變成了主動散熱。
風扇散熱器的簡化
FloEFD中散熱器模擬功能允許用戶用一個簡化模型來近似模擬一個強迫風冷散熱器。在一個中大型散熱系統中，通過將形狀復雜的散熱器替換為一個模擬散熱器，就可以大大減少計算時間。當定義散熱器模擬后，用一個六面體方塊來模擬某個散熱器，流體通過該方塊的某個指定表面流入，通過其他指定表面流出。熱量將按照給定的熱功耗在某元件內產生。
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
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FloEFD熱仿真分析之基礎設置（四）
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（一）
仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（三）-接觸熱阻
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（三）-接觸熱阻
CAE白堤
接觸熱阻
任意兩物體接觸在一起，在其接觸面處存在一定的空氣間隙，由此產生的熱阻為接觸熱阻。如圖所示，接觸面間的凹凸不平，使得有效傳熱面積降低。而且，由于間隙狹小，空氣不能形成有效流動，熱量透過這些間隙只能通過熱傳導的形式。空氣導熱系數是鋁的萬分之一左右，因此，剛性面接觸不嚴所致的接觸熱阻是熱量導出的關鍵控制。當有大的熱流通過這些接觸面時，會在接觸面的兩側形成較大的溫度梯度。
接觸熱阻的影響因素
l 接觸表面的數量、形狀、大小及分布規律
l 接觸表面的幾何形狀（波紋度和粗糙度）
l 非接觸間隙的平均厚度
l 間隙中介質種類（真空、液體、氣體）
l 接觸表面的硬度
l 接觸表面壓力大小
l 接觸表面的氧化程度和清潔度
l 接觸材料的導熱系數
改善接觸熱阻措施
電子設備中元器件與散熱器之間、元器件與外殼之間、PCB與散熱器之間等等，雖然通過以上的8個方面一定程度上能改善接觸熱阻。但目前比較通用的方法是采用導熱界面材料來填充，將氣體擠出接觸面，從而降低接觸熱阻值。
熱阻簡化
對某仿真問題，如果已經指定了要進行固體導熱計算，則可以再固體與固體或固體與流體接觸面設置接觸熱阻，可通過輸入接觸熱阻或者輸入接觸層厚度及接觸層的材料屬性來設定。
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展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（六）-多孔板
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（六）-多孔板
CAE白堤
多孔板
針對一些機箱、主機、家電等產品，出于散熱方面的考慮，會在殼體上增加一些通風孔。在氣流通過多孔板時會產生一定的壓力損失，由此在打孔板的前后會形成一定的靜壓差。
多孔板的簡化
由于多孔板上空的數量和尺寸的原因，如果對其進行網格劃分，并計算器兩側所形成的靜壓差，需要的計算資源較大。為了加快整個系統的仿真效率，采用簡化模型，再設置開孔率、孔的形式或阻力系數等參數。
多孔板往往安裝在入口或出口模型開口或風扇處，所以軟件默認只能應用到已有指定邊界條件的模型面上。
多孔板自定義：
孔形狀：
圓形：需要指定孔直徑；
矩形：需要指定孔的寬度和高度；
正多邊形：需要指定孔的側面和頂點數；
復雜：需要指定損失系數；
規格形狀的孔軟件會根據覆蓋情況和開孔自動計算損失系數；復雜幾何結構多孔板的流動阻力需要指定；
覆蓋：
開孔率：直接指定孔所覆蓋的板面積比重；
間距：用于指定兩個相互垂直方向上的兩個相鄰孔之間的距離，軟件自動計算開孔率；
棋盤格距離：用于指定按棋盤格圖案排列的兩個相鄰孔之間的距離，軟件自動計算開孔率；
注：開孔率必須大于 0。此外，對于矩形和正多邊形孔，它不能超過 1；對于圓形孔，不能超過 0.9069；
孔的形狀和大小用于計算有效液壓直徑，并進而計算雷諾數，后者又（與開孔率一起）用于計算板對流動產生的阻力；
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
展開 FloEFD熱仿真分析之網格劃分（三）
當無法確定仿真項目中物理量劇烈變化的區域時，可以采用自適應網格技術。但此技術會產生大量網格，一般會對網格數量進行限制。
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
FloEFD熱仿真分析之網格劃分（二）
顯示細化等級：僅限顯示作用；
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FloEFD熱仿真分析之模型準備
FloEFD熱仿真分析之模型準備
By CAE白堤
1、仿真模型打開與簡化
雙擊安裝好的FloEFD啟動快捷鍵，軟件自動打開已經連接上的三維設計軟件CREO，直接在CREO中打開需要仿真的模型。能直接在熟悉的三維設計軟件操作是把雙刃劍，一方面，可以避免不同軟件之間模型轉化的問題，但另一方面如果不恰當的使用模型，會增加網格數量，從而增加計算機的負擔，降低仿真效率。仿真優化不像結構設計越詳細越好，反而是在不影響仿真結果的基礎上，越簡單越好。當然，將一個詳細模型簡化為適合熱仿真分析模型的工作需要一定的經驗技巧，比如，去除一些倒角、孔位、定位等結構細節，去除一些無關緊要的模型組件等。
2、仿真模型的準備
雖然仿真模型得到了簡化，但不一定萬事大吉。在某些情況下，FloEFD不一定能識別出仿真分析的所有的固體模型和流體區域。這時可充分利用【檢查模型】功能，不僅能檢查出無法充分求解的某些模型組件，也可以檢查是否存在可能導致軟件創建不適當網格的模型問題（FloEFD不允許組件之間為點接觸或者線接觸，如下）。
操作：點擊【檢查模型】，在跳出的檢查模型窗口，點擊“檢查”，在跳出檢查結果窗口查看檢查結果。
狀態一：點擊“檢查”，檢查結果顯示狀態成功，模型正常，那么模型準備大功告成；
狀態二：點擊【檢查模型】后，跳出“以下組件不能用于分析”，點擊“確認”后，在檢查模型窗口模型樹組件的圖標標有紅叉或紅箭頭，檢查結果顯示狀態成功，但有零件準備失敗。
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FloEFD熱仿真分析之基礎設置（三）
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FloEFD熱仿真分析之網格劃分（一）
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
FloEFD熱仿真分析之結果處理
目標圖：用于研究目標值隨計算過程的變化情況
通量圖：顯示熱傳遞路徑圖
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（二）
風扇工程數據庫：FloEFD自帶的風扇數據庫，如沒有可自己根據風扇的特性曲線創建風扇；
在瞬態分析時候，通過設置切換來控制風扇的開關；熱動力參數和湍流參數一般不做修改；目標可根據需求設置關注的參數；
另外，降級很實用，往往供應商提供的理論風扇特性曲線與實際曲線有一定的差異，可設置對應的系數；
風扇選擇需要考慮的一些因素：
所需的空氣流量：系統的阻抗的影響，為了達到最大流量，應盡量減少障礙物，但有時需擋風板引流到某些部件上，避免回流；
交流或直流風扇：現在一般需用直流風扇，因為其壽命長，功耗低，此外，其速度與電壓稱正比，方便風量控制；
電壓：一般12V和24V，優選高壓，這樣電流和功耗都更低；
速度：風扇產生噪音的頻率和幅度隨著轉速的增加和增加，盡量選擇低速電機；
預期壽命：鎖定轉子且能重新啟動并正常運行；
噪聲影響：盡量使用最大的風扇，避免共振，避免高速區障礙物；
入口風扇或出口風扇：有灰塵要求，選擇入口；通風口面積至少比風扇開口大50%；
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
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