Flotherm有限元軟件在電子熱分析的瞬態(tài)分析總結(jié)

背景介紹

有限元軟件Flotherm在電子散熱分析中，通常以穩(wěn)態(tài)（SteadyState）結(jié)果作為分析依據(jù)，在此狀況下可以觀察到整個(gè)模型熱場(chǎng)流場(chǎng)穩(wěn)定后的結(jié)果。如需觀察溫度隨時(shí)間變化的曲線圖，則必須設(shè)定隨時(shí)間變化的熱源（TransientAttribute）、瞬時(shí)時(shí)間網(wǎng)格（TransientGrid），以便觀察各時(shí)間點(diǎn)整體計(jì)算區(qū)域的熱量傳遞速度及流體擾動(dòng)狀態(tài)。

Flotherm熱仿真軟件作為全球第一款專門針對(duì)電子器件/設(shè)備熱設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的仿真軟件，F(xiàn)lotherm可以實(shí)現(xiàn)從元器件級(jí)、PCB板和模塊級(jí)、系統(tǒng)整機(jī)級(jí)到環(huán)境級(jí)的熱分析。Flotherm軟件自1989年推出以來(lái)就一直居于市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位（市場(chǎng)占有率高達(dá)70%）并引領(lǐng)該行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。其研發(fā)人員是全球最早開(kāi)始研究CFD理論的科研人員，也是最早一批將傳統(tǒng)的CFD仿真技術(shù)工程化的技術(shù)先驅(qū)。

深圳市有限元科技有限公司是Flotherm軟件在中國(guó)的一級(jí)代理商，并代理國(guó)外其他多款cae軟件，有限元科技是以工程仿真軟件開(kāi)發(fā)為核心，集cae咨詢、cae培訓(xùn)、cae軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。公司秉承以最高質(zhì)量的產(chǎn)品和最高質(zhì)量的服務(wù)滿足客戶的各種需求的服務(wù)理念，致力于為客戶提供一站式cae整體解決方案，目前已為全國(guó)超過(guò)500家企業(yè)提供cae分析服務(wù)。如需購(gòu)買cae軟件或咨詢服務(wù)請(qǐng)聯(lián)系電話：13632683051，咨詢QQ：2039363860/4006046636。

今天，有限元科技小編為您分享的是有限元軟件Flotherm的瞬態(tài)分析終結(jié)。

項(xiàng)目分析

一塊300mW的IC，功率線性上升，在30s的時(shí)間內(nèi)，溫度隨時(shí)間變化的情況，如下圖所示：

圖1IC溫度隨時(shí)間變化圖

 操作模塊介紹

 1、Summary模塊介紹

圖2Summary模塊

 Summary模塊主要是對(duì)時(shí)間網(wǎng)格的計(jì)算統(tǒng)計(jì)。包括最小時(shí)間步的大小和位置信息，可以用來(lái)檢查已經(jīng)加載可重要瞬態(tài)邊界條件的詳細(xì)時(shí)間步。其中NumberofSteps用來(lái)控制整個(gè)求解過(guò)程中時(shí)間步的數(shù)量，Size和localize可以設(shè)定最小時(shí)間步的大小和位置，進(jìn)行細(xì)部控制，并進(jìn)一步控制瞬態(tài)邊界條件。本項(xiàng)目設(shè)置如圖。

 在此列舉兩個(gè)周期性的例子：風(fēng)扇的開(kāi)啟和關(guān)閉、電池的消耗與充電。

 2、OverallTransient模塊介紹

 在這個(gè)模塊，主要涉及瞬態(tài)分析總時(shí)間（TotalTransientTime）、瞬態(tài)分析周期（TransientSolutionPeriod）和最小允許時(shí)間步（KeypointTolerance）這三個(gè)指令。

 TotalTransientTime為瞬態(tài)分析計(jì)算用的總時(shí)間；TransientSolutionPeriod是對(duì)瞬態(tài)分析總時(shí)間的劃分，分為若干個(gè)周期，用來(lái)對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分段記錄。例如：假設(shè)總時(shí)間為12個(gè)小時(shí)，每?jī)蓚€(gè)小時(shí)為一個(gè)周期，那么在TotalTransientTime中將設(shè)置為StartTime=0，EndTime=12，在TransientSolutionPeriod中設(shè)置Duration=2，它的StartTime默認(rèn)為0，當(dāng)一個(gè)周期結(jié)束后，StartTime自動(dòng)變?yōu)?，依次類推。KeypointTolerance為最小允許時(shí)間步，Keypoint位于每一時(shí)步的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以形成時(shí)間網(wǎng)格。

 3、TimePatches模塊介紹

圖3TimePatches模塊

 TimePatches譯為時(shí)間的補(bǔ)丁，主要有三個(gè)地方需要設(shè)置。StartTime和EndTime主要用來(lái)設(shè)定瞬態(tài)求解的開(kāi)始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間；NumberofStepsControl用來(lái)定義每個(gè)時(shí)間段的密度，有AdditionalSteps、MinimumNumber、MaximumSize三種形式；TimeStepDistribution主要定義時(shí)間步的創(chuàng)建方式，Index的含義是當(dāng)時(shí)間網(wǎng)格間距選擇increase或decrease的形式建立時(shí)，時(shí)間網(wǎng)格間隔數(shù)的冪次在此設(shè)定。

 其中Uniform用來(lái)創(chuàng)建相等持續(xù)時(shí)間的時(shí)間步；IncreasingPower用來(lái)創(chuàng)建遞增的時(shí)間步，時(shí)間步會(huì)隨著時(shí)間的推移而變長(zhǎng)；DecreasingPower用來(lái)創(chuàng)建遞減的時(shí)間步，時(shí)間步會(huì)隨著時(shí)間的推移而變短；SymmetricPower主要?jiǎng)?chuàng)建以中間時(shí)間為對(duì)稱，先遞增再遞減的時(shí)間步。

 4、SaveTimes模塊介紹

 SaveTimes模塊中，EveryNthStep為正整數(shù)，用來(lái)定義保存數(shù)據(jù)時(shí)間步之間的間隔。例如，一組8步的時(shí)間步，如果EveryNthStep定義為2，那么數(shù)據(jù)保存分別在1st3st5st7st步進(jìn)行保存。具體可以在輸入數(shù)值后，點(diǎn)擊Populate，進(jìn)行信息植入。

圖4SaveTimes模塊

 此外，Value為定義保存數(shù)據(jù)的時(shí)間步，點(diǎn)擊Add，可將保存的數(shù)據(jù)植入到列表中。

 5、TransientFunction模塊介紹

 此處用來(lái)設(shè)定瞬態(tài)函數(shù)，即零部件的發(fā)熱量隨時(shí)間變化的函數(shù)。

圖5定義瞬態(tài)函數(shù)

 總結(jié)

 通過(guò)本案例，總結(jié)出了使用Flotherm解決瞬時(shí)問(wèn)題時(shí)，需要的注意事項(xiàng)如下：

 1、必須設(shè)定材質(zhì)的密度（Dendity）和比熱（SpecificHeat）。因?yàn)橥ǔ７€(wěn)態(tài)的求解案例中，因?yàn)槠涿芏燃氨葻岵浑S時(shí)間而變化，可以忽略不設(shè)定，但是瞬態(tài)求解案例，就必須要設(shè)定了。

 2、時(shí)間網(wǎng)格（TransientGrid）的設(shè)定：Flotherm是一款自動(dòng)網(wǎng)格系統(tǒng)熱流仿真軟件，當(dāng)設(shè)定瞬時(shí)熱源后，軟件本身會(huì)自動(dòng)設(shè)定其時(shí)間網(wǎng)格，所以在求解瞬時(shí)問(wèn)題時(shí)，可以先設(shè)定瞬時(shí)熱源再設(shè)定時(shí)間網(wǎng)格。

 3、通常瞬態(tài)求解時(shí)，靠近開(kāi)始時(shí)間的時(shí)步設(shè)定較小，網(wǎng)格需要?jiǎng)澋妹芤恍欢拷Y(jié)束時(shí)間段時(shí)，逐漸趨于穩(wěn)態(tài)，時(shí)間網(wǎng)格可劃得較為稀疏，所以TimeStep的型式中，選擇power-law選項(xiàng)中的increasingpower是較為理想的方法。

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