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我們通過(guò)FEA-CFD電熱仿真方法，F(xiàn)EA和CFD求解器分工合作，分別應(yīng)用于最適合的場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了PCB在強(qiáng)迫對(duì)流下的電熱耦合仿真，精確、高效地模擬熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和電熱耦合效應(yīng)。本文來(lái)自公眾號(hào)：封裝與高速技術(shù)前沿

我們通過(guò)FEA-CFD電熱仿真方法，F(xiàn)EA和CFD求解器分工合作，分別應(yīng)用于最適合的場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了PCB在強(qiáng)迫對(duì)流下的電熱耦合仿真，精確、高效地模擬熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和電熱耦合效應(yīng)。

以類似的方式，熱通量計(jì)可以由幾乎任何材料來(lái)制成，厚的或薄的，取決于材料的熱傳導(dǎo)性。所有熱通量計(jì)的共同要求是用于測(cè)量部分的材料需穩(wěn)定，不受熱循環(huán)履歷的影響，并且熱流量計(jì)可以通過(guò)某些方法在熱阻范圍內(nèi)(0.0005~0.05 m2-K/W) 進(jìn)行獨(dú)立校準(zhǔn)。種類繁多的測(cè)試儀器都是使用這種方法。防護(hù)式熱流計(jì)也是一種軸向穩(wěn)態(tài)的測(cè)試方法。熱量以單軸向路徑通過(guò)測(cè)試材料板和參考板熱量計(jì)量部分。

各電流下，55℃的溫升比25℃的溫升略低（-1.1℃ ~ +0.21℃） -熱量公式Q = cmΔt，在c、m不變的前提下，Δt由熱量（傳導(dǎo)+對(duì)流+輻射）決定。

內(nèi)容簡(jiǎn)介：本方案圍繞功率模塊設(shè)計(jì)平臺(tái)，構(gòu)建了電熱耦合穩(wěn)態(tài)場(chǎng)模擬與自動(dòng)化流程，形成基于回路的電熱耦合開發(fā)路徑，并將熱模型通過(guò) ROM 轉(zhuǎn)寫為一維 Spice 模型，實(shí)現(xiàn)快速聯(lián)算與批量分析。該平臺(tái)可對(duì)復(fù)雜電學(xué)與熱學(xué)行為進(jìn)行半定量、較高精度預(yù)測(cè)，為功率模塊設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支撐。

概括起來(lái)，電熱水壺工作涉及三個(gè)物理過(guò)程：工頻交流電的計(jì)算；電阻絲上的熱傳導(dǎo)和水中的對(duì)流傳熱計(jì)算，統(tǒng)稱為傳熱問(wèn)題；由于熱分布不均勻引起的水的自然對(duì)流，這是一個(gè)流體問(wèn)題，具體地說(shuō)是非等溫流動(dòng)問(wèn)題。 第二問(wèn)，這些物理過(guò)程是如何相互作用的? 我們認(rèn)為水是不導(dǎo)電的，所以電阻上的電勢(shì)分布不會(huì)在水中產(chǎn)生漏電流。這樣水的流動(dòng)或者溫度都不對(duì)水中的電流分布有任何影響，電流在水中都是零。

今天聊聊新韶光電熱的法蘭加熱管，不知道大家平常對(duì)這種電加熱管知多少，我們平常說(shuō)的法蘭加熱管也稱為法蘭電熱管（也稱插入式電加熱器），它是采用U型管狀電熱元件，多支U型電熱管焊接在法蘭上集中加熱，依據(jù)加熱不同介質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)范，按照功率配置要求裝配在法蘭蓋上，插入需加熱物料中，發(fā)熱元件工作時(shí)所發(fā)出的大量熱量傳導(dǎo)給被加熱介質(zhì)使介質(zhì)溫度升高，達(dá)到所需的工藝要求，主要用于敞開式、封閉式的溶液箱和循/環(huán)系統(tǒng)中加熱用

（Steady-State Thermal） 計(jì)算恒定熱載荷下的穩(wěn)態(tài)溫度分布，支持傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射（角系數(shù)法） 操作簡(jiǎn)單、求解快、資源消耗低；與結(jié)構(gòu)模塊耦合便捷；適合基礎(chǔ)熱設(shè)計(jì)迭代 僅穩(wěn)態(tài)，不考慮時(shí)間效應(yīng)；輻射模型簡(jiǎn)化（僅真空 / 灰體表面輻射）；難處理復(fù)雜流體對(duì)流 電子元件散熱、保溫結(jié)構(gòu)、恒定載荷下的固體溫度場(chǎng)

剛開始前幾個(gè)周期，模溫會(huì)受到熔膠影響，讓模具溫度變化會(huì)較為劇烈，直到周期數(shù)目夠多之后，模溫會(huì)近似穩(wěn)態(tài)變化，單一周期內(nèi)變化幅度不超過(guò)攝氏5度甚至更少，因此，可以把模溫以周期時(shí)間平均，視為穩(wěn)態(tài)溫度。然而，在模溫變化較為劇烈的特殊制程，例如變模溫制程，單一周期內(nèi)有很大溫度變化振福，此時(shí)就不能把模溫視為穩(wěn)態(tài)溫度，而必須要以瞬時(shí)方式觀察每一個(gè)時(shí)間變化。

此外，Celsius Thermal Solver基于先進(jìn)3D 結(jié)構(gòu)中電力的實(shí)際流動(dòng)，執(zhí)行靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動(dòng)態(tài)（瞬態(tài)）電熱協(xié)同仿真，提供了對(duì)真實(shí)世界系統(tǒng)行為的預(yù)見性。

此外，Celsius Thermal Solver基于先進(jìn)3D 結(jié)構(gòu)中電力的實(shí)際流動(dòng)，執(zhí)行靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動(dòng)態(tài)（瞬態(tài)）電熱協(xié)同仿真，提供了對(duì)真實(shí)世界系統(tǒng)行為的預(yù)見性。

穩(wěn)態(tài)研究的質(zhì)量守恒結(jié)果。 精確性依然很好。計(jì)算能量守恒 由熱力學(xué)第一定律和力學(xué)定律，可以得出著名的全局熱平衡方程。 這里， 指換熱率，考慮傳導(dǎo) 熱通量 ；輻射 熱通量， 和額外的熱源 ；如電磁熱源( 焦耳熱 )， 感應(yīng)加熱 ，或任何用戶定義的熱源。

瞬態(tài)設(shè)置</strong><span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">，無(wú)論流體力學(xué)還是傳熱學(xué)里都有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)，所謂穩(wěn)態(tài)就是物體的狀態(tài)不隨著時(shí)間發(fā)生改變，比如說(shuō)熱傳導(dǎo)，如果壁面一側(cè)溫度為30℃，另一側(cè)為50℃，我們可以很容易的計(jì)算出來(lái)壁面最終的溫度分布是線性的，只要外界環(huán)境不變，那就永遠(yuǎn)是這樣一個(gè)溫度分布，這就是穩(wěn)態(tài)過(guò)程；但是在達(dá)到線性溫度分布之前

熱仿真技術(shù)熱仿真技術(shù)是借助CFD技術(shù)分析虛擬物理樣機(jī)在工作環(huán)境中涉及到的電熱、傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射、相變等傳熱現(xiàn)象進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)產(chǎn)品的散熱特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。熱仿真技術(shù)可應(yīng)用于產(chǎn)品的不同階段：(1) 設(shè)計(jì)、研發(fā)工作中能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)思路的快速驗(yàn)證及優(yōu)化。

利用ANSYS有限元軟件和傳熱理論對(duì)不同結(jié)構(gòu)的IGBT功率模塊進(jìn)行了仿真分析，IGBT模塊在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行的溫度場(chǎng)分布如下圖所示?？傮w而言，IGBT模塊的內(nèi)部溫度分布不均勻，因?yàn)镮GBT模塊中材料的熱導(dǎo)率不同，并且受到熱耦合的影響，尤其是在芯片區(qū)域。因此，我們應(yīng)該合理設(shè)計(jì)模塊芯片的整體布局，以減少熱耦合對(duì)IGBT模塊的影響。

熱仿真技術(shù) 熱仿真技術(shù)是借助CFD技術(shù)分析虛擬物理樣機(jī)在工作環(huán)境中涉及到的電熱、傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射、相變等傳熱現(xiàn)象進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)產(chǎn)品的散熱特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。熱仿真技術(shù)可應(yīng)用于產(chǎn)品的不同階段： (1) 設(shè)計(jì)、研發(fā)工作中能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)思路的快速驗(yàn)證及優(yōu)化。