Thermal Desktop--基于CAD系统的建模工具.doc

Thermal Desktop-基于CAD系统的建模工具Thermal Desktop基于PC设计环境，用于生成电子产品和运载工具的热力模型。用户可以直接使用已有CAD模型建模，也可以这些模型为参考，通过“自动抓取关键点”快速生成Thermal Desktop的有限元、曲面和实体，完成热模型设计和前后处理工作。Thermal Desktop发展了热容-热导网格模型用于SINDA/FLUINT的输入，并具有涉及接触热导、绝热、热负荷及加热器等多种热分析类型的能力。Thermal Desktop支持全参数化设计，使用电子表格和任意复杂公式而不是传统的常值输入。这一特性使得对复杂模型的调整非常便捷，只需点击鼠标即可完成，这样模型的更新和维护、敏感度分析和假设推测方案的研究就变得非常容易。该特性允许访问SINDA/ FLUINT的优化与可靠性工程模块，可用于进行元件尺寸和布局的优化，以最大限度地提高性能，找到极端工况（设计案例），关联模型与试验数据，甚至可以统计不确定度。Thermal Desktop集成了TRASYS类型的有限差分参数曲面和AutoCAD 类型的有限元体模拟传热问题，因此软件能发挥两者的特长，满足复杂换热问题对模拟过程的不同需求。Thermal Desktop所具有的直观图形界面和易用特征减轻了建模者的负担，而其生成的SINDA/FLUINT格式的热容热导网络模型，在建模者的调整和配置下，可完成复杂系统的优化设计、实验数据自动修正、可靠度分析等工作，为工程师和决策部门提供科学、定量的决策依据。Thermal Desktop可独立运行（不需预安装AutoCAD软件），也可作为AutoCAD的插件模块使用，用户可根据需要定制。AutoCAD Invertor Suite与Thermal Desktop绑定在一起，Thermal Desktop 软件还包括以下两个扩展模块： RadCAD：高温或真空环境下的热辐射分析软件模块 FloCAD：流体回路模拟、物体表面的强迫和自然对流换热等。详细内容请见Thermal Desktop介绍Thermal Desktop 功能及特点 材料热物性数据库； 恒定或随温度变化的热容和热导； 非各向同性导热； 能在任何单位制下工作； 有限差分参数曲面，如锥面、柱面、球面、抛物面、矩形面、多边平面、椭球面、椭锥面、椭柱面、偏置抛物面； 有限差分固体，如立方体、柱体、球体； 有限元三角形、四边形、四面体、楔形体、立方体； 边节点锥线能延展成锥体、柱体、立方体、球体或抛物体； 内置的网格生成器能够基于AutoCAD曲面、区域和实体生成有限单元； 能在图形界面上通过Case Set Manager 完成从几何定义到结果处理的所有操作； 模型浏览器能快速定位节点及相关属性； 全面的3D温度、热容、热流率等参量的后处理显示功能和通用的ASCII输入； 与EZ-XY Plotting Utility完美集成； 导热、对流、辐射等多种节点和热导类型； 多层隔热材料（MLI）、泡沫材料、烧蚀材料模拟； 加热器模拟； 超级节点和超级网络（用于简化复杂FEM热模型）； 自动计算非完全重合面/边的接触热导； 与包含Advanced Design Module的SINDA/FLUINT集成； 能在NASTRAN、FEMAP、ANSYS或Ideas中绘制温度云图的热分布测绘工具； 将CFD计算的随时间和温度变化的热通量结果导入Thermal Desktop中作为边界条件； 提供传统的有限元功能，比如显示自由边、合并重合节点、隐藏内部固体表面和由几何体生成附体曲面等； 单点与多面间的热导连接（模拟对流换热）； 网格单元逻辑； 64位平台和多处理器并行计算； 动画生成（avi）、航天器在轨动态显示等； 热电冷却装置； 广泛的用户评价功能（彩图、动画、曲线等），便于文档生成； 内建的自然对流关联式。 CAD 建模技术 自动抓取关键点； 拖放编辑； 线框图、遮挡图、渲染显示； 布尔表面操作； 旋转面； 沿展面； 镜对称面； 放大或缩小； 层管理； 多个独立视图； 自定义光源。输入输出功能 TRASYS输入输出； Nevada输入； IDEAS FE and FD输入； FEMAP输入； NASTRAN输入； ANSYS输入； NASTRAN 和 ANSYS 温度分布输出； NASTRAN网格输出； TSS输入输出； IGES (集成CAD的完全版)； STEP (Mechnical Desktop、Mechnical Desktop)； STEP-204 (集成CAD的完全版、Mechnical Desktop)； STEP-209输入输出； STEP-TAS输入输出； 针对电路板设计的Iceboard输入； TASPCB 输入。Thermal Desktop简介Thermal Desktop是一个利用集成参数、有限差分和有限元模拟方法的、能让用户快速建模、分析和后处理复杂热/流体模型的软件工具。Thermal Desktop是世界上第一款专门为热工程师设计的软件工具包，既保留了传统热分析中的真实曲面、精确的曲体单元属性计算、自由指定的模型规模（节点数目）等优势；又结合了当前热模型直接利用CAD模型生成的流行趋势，能完全利用CAD模型和CAD建模工具快速准确地产生热模型。Thermal Desktop允许用户在CAD环境中建立热模型。通过使用CAD模型和用户定义的材料数据库，Thermal Desktop能自动生成所需的热容和热导输入数据，并将其自动格式化和无缝整合到C&R技术的热/流体求解引擎SINDA/FLUINT中。模拟结果可被重新导入Thermal Desktop进行后处理、作图和评估。Thermal Desktop软件利用了AutoCAD 软件强大的建模和编辑功能，热模型的建立可基于CAD或FEM模型，能直接利用鼠标抓取关键点创建热单元，能利用拖拉功能编辑模型，您甚至不用手动输入也能快速准确地建立热模型！尤其重要的是 CAD设计师更改模型后，热模型能自动更新，或能以手动拖拽控制点的方式使控制点自动咬合在新位置点处，从而实现了对已有热模型的利用和快速调整功能！这样热工程师不必再拖工程的尾巴，能开展与CAD设计师、FEM分析师同步的热设计、热分析工作。Thermal Desktop能生成SINDA/FLUINT（C&R公司热求解器）的输入文本，用户也能在Thermal Desktop的Case Set Manager内直接调用SINDA/FLUINT，而不必与两个软件模块间的接口界面打交道。Thermal Desktop的设计目的是提供给用户基于图形界面的参数化分析工具。面型参数、组件位置、光学和材料热物理属性、网络单元和轨道数据等输入都可以用数值或用户自定义的变量表达式形式指定，参数化的行业分析和优化也非常容易实现，尤其是采用Case Set Manager管理模型时。Thermal Desktop与SINDA/FLUINT具有革命性意义的动态联结使得SINDA/FLUINT能直接控制图形界面的Thermal Desktop，这样在运算过程中就能完成布局和参数调整、重新计算辐射换热系数、热流率、导热、热容等参数。采用SINDA/FLUINT求解器，包括光学属性和几何尺寸在内的几乎所有的设计变量现在都可以实现优化。热模型能自动根据实验数据修正，改变包括热容、热导和辐射系数值在内的所有相关参数。给出的优化内容可以包括诸如电控箱或电子元器件的理想布置位置、辐射器的最佳尺寸、最小重量以及以前很难优化的辐射设计变量。Thermal Desktop可以作为一个独立的、基于微机系统的CAD程序或作为AutoCAD 软件的拓展模块提供给客户。CAD软件强大的几何生成技术可以被用来制作热模型。可自定义的下拉菜单、工具栏、对话框等使得热模型的建立和分析能直接在AutoCAD环境下完成。因此，Thermal Desktop软件的使用者需要具备一些基本的CAD知识。Thermal Desktop包括一些自有的曲面类型，它们兼备CAD曲面与TSS/TRASYS/NEVADA型曲面的优点。复杂的二次曲面能通过多节点细分形式创建。这些特殊的曲面具有抓取点（控制点），能被快速选中并直接进行曲面几何的拖拽调整，抓取点和咬合特征使得基于CAD环境的热模型建立过程非常简单、但功能强大。Thermal Desktop能分析包括3D曲面、规则的MN单元和多面单元在内的热模型。这些曲面能直接创建、或用各种各样的单元生成命令，例如旋转面、衔接面、多边形补丁面等完成。Thermal Desktop对曲面的要求并不像其它热分析软件那样局限，可以是非二次曲面。 Thermal Desktop同样能输入、显示和分析现有的 TRASYS、TSS、NEVADA、IDEAS FEM、FEMAP和NASTRAN模型。为获得完整的软件解决方案，Thermal Desktop有两个附加的模块。RadCAD 模块用于计算辐射换热系数和轨道热流率。另一个模块FloCAD 能产生流动网络和计算对流换热系数。“Thermal Desktop”这个称呼通常用来代表Thermal Desktop和它的集成模块，但RadCAD和FloCAD也能单独授权，以满足用户裁制软件功能、实现自己特定的分析需求。RadCAD模块也可以单独购买和授权。RadCAD是Thermal Desktop的辐射分析模块，是一个超快速度的、oct-tree加速的、基于Monte-Carlo光学追迹算法的辐射计算软件，用于计算和显示辐射交换系数和角系数。C&R科技公司对光线追踪过程的创新处理造就了一个极其高效的热辐射分析软件。独一无二的步进辐射率算法（progressive radiosity algorithm）已经被用于基于角系数数据计算辐射换热系数。RadCAD同样在热流率计算中集成了步进辐射率算法，并取得了更快的计算速度表现。内部数据库文件的自动压缩和解压缩减小了磁盘空间的占用。在中等速度的桌面计算机（PC机）上已经能完成大模型的复杂热分析工作，在性能上甚至超出了基于UNIX系统的工作站。FloCAD是Thermal Desktop允许用户在CAD环境下，建立和整合流体与热模型的软件模块，FloCAD能模拟流动回路、模拟安装在PCB板、芯片、翅片等设备表面或内部的风扇、换热器等流动散热单元。软件包开发的最初目的是为了满足电子设备热设计的需要，但是由于它结合了强大、通用的热工水力求解器SINDA/FLUINT，所以FloCAD同样在其它领域适用。自带CAD建模方法如果工程师熟悉CAD制图方法，如旋转曲线、布尔操作、衔接面等，可用它们直接在Thermal Desktop中产生几何。这些几何曲面可在辐射模型中直接使用，或者（包括任意生成的线、弧线和点）作为RadCAD曲面生成基于的模板。用Thermal Desktop曲面如同TRASYS一样，Thermal Desktop提供了锥面、柱面、圆盘、矩形面、球面和抛物面等几何曲面，能根据长、半径等基本尺寸创建几何模型。这些曲面能通过指定尺寸输入，也能通过鼠标选择的“抓取点”，在屏幕上直接完成延展、收缩、旋转等操作。锥面的鼠标抓取点如上图所示。当鼠标移动时，不同点将控制锥面的不同变化。这些抓取点是构成Thermal Desktop曲面的关键，曲面能以“咬合”的方式附着在更复杂的CAD制图上，而不必用这些制图直接作为辐射模型。使用现有的或导入的CAD工程图2D或3D CAD制图，无论输入的还是内建的，都能被用来辅助Thermal Desktop建模。有几种方式利用这样的制图。首先，制图的全部或部分能被直接用作热模型的一部分，可直接选择曲面并指定 Thermal Desktop热模型数据，包括节点和属性信息等。或者，制图直接作为模板，Thermal Desktop在其上抓取关键点生成曲面。例如，用户能在制图上选择主要的尺寸点，生成一个大致的 Thermal Desktop曲面，然后用抓取点拖动曲面到制图的目标点。曲面所基于的CAD制图（至少那些在RadCAD模型中没有使用的部分）可以留在热模型内、删除或隐藏到另外一个不可见的图层。这样，准确的热辐射模型能在不知道确切的尺度值的情况下快速建好。如果设计发生变化，制图可再次输入，Therm