Flotherm学习教程.ppt

CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,Flotherm学习,产品开发部沈金南2012-05-03,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,1,Flotherm是一套专门为电子散热领域所设计的商业CFD软体.CFD为ComputationalFluidDynamics的缩写,意思为计算流体力学.所谓计算,是指利用电脑程式来解决的意思.亦有称为数值方法.以往在解决散热问题可以用三种方式:1.理论解析:利用数学方程式解决.但此种方式,仅适合非常简单的问题.在真实世界几乎无法用此种方式来解题.2.实验:直接量测.此方法为最准确.但是必须要有实际的产品才可做到.3.数值方法:系利用电脑程式来解决散热问题.可以在无实体的情况下,自由去做模拟.,Flotherm介紹1,Flotherm介紹2,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,2,CFD软件在计算什么呢?所有CFD软件均是在计算压力,速度,温度,此三个变数.因为此三个变数是构成流体力学,热传学的基本物理量.由于速度是向量,所以在表达速度时,习惯以X,Y,Z三个方向的分量来做表示.亦即Vx,Vy,Vz.因此,CFD软件在求解五个变数,P:压力Vx:X方向的速度.Vy:Y方向的速度.Vz:Z方向的速度T:温度.,Flotherm介紹3,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,3,准确度一直是CFD软件最为人挑剔的地方.有几项因为影响到CFD软件的准确度:软件本身的程式:沒有人会看的到程式,也不知道程式写的对不对.使用者本身的能力:CFD牵涉到流体力学,传热学,材料性质等专业知识.使用者要能具备这些知识,才能有效运用CFD软件.总之,沒有一套CFD软件是十全十美的.就像一部车子,驾驶人必须要操纵过它,才能掌握车子的性能.同样,工程师要灵活运用Flotherm,也必须要花时间去操纵它,才能体会Flotherm可以为你做什么.,Flotherm的应用,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,4,版级和模块级,元器件级,系统级,环境级,Flotherm的应用,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,5,液冷分析：可以分析含多种冷却介质的散热系统，如对液冷、风冷同时存在的电子设备或冷板等的热分析；,多项冷却介质冷却模型,Flotherm的建模,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,6,参数化的建模功能Flotherm软件提供了专门应用于电子设备热分析的SMART-PART技术，提供了电子设备的参数化三维建模：1)基本几何形体的建模：提供了立方体、棱柱、圆柱、圆球、斜板等基本形体的模型建立：,Ascom公司的散热模组分析,Rcal公司的雷达防御系统热分析,Flotherm的建模,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,7,2)典型电子器件的建模：提供了机箱、风扇、散热器、滤网、热交换器、热管、冷板、TEC(半导体制冷器)等电子设备内的常有器件的参数化模型建立：,TEC和机箱型,离心风扇与轴流风,Flotherm的建模,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,8,3)简化模型的建立：可以进行模型的简化，软件提供了薄板导热模型和热阻-热容网络模型，同时也提供热源和阻尼模型的建立，将器件的热源特性和阻尼特性进行输入仿真：,薄板模型,热阻-热容网络模型,Flotherm的建模,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,9,4)高级Zoom-in功能：高级Zoom-in功能可将上级模型计算结果作为下级模型计算的边界条件，使得模型计算结果层层传递，从系统级到子系统级，简化计算过程，减轻工作量，从而大大缩减模型分析时间。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,10,运用Flotherm的几个原则,要非常熟练模型的建立.把它当作是在画Pro/E,AutoCad.要能合理的简化模型.实际的Cooler都还太复杂,适当的简化可以增进模拟的效率.格点越少越好以简单而不失真的外型来取代原始的外型.每一个模型都要合乎热传与流场的观念:热传:热的传递路径与方式流场:空气的流动路径,学习项目,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,11,学习项目1,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,12,熟悉各种工作视窗,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,13,熟悉各种工作视窗,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,14,ProjectManager,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,15,档案管理,复制,移动,阵列,视图管理,工具选项,模型,网格划分,运算,DrawingBoard,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,16,物件分层,DrawingBoard,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,17,翻转,调整显示工具,显示网格的资料,对齐工具,自动对齐工具,视角视窗切换工具,测量尺寸工具,指标与手切换工具,背景顏色切换工具,学习项目2,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,18,快捷键,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,19,学习项目3,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,20,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,21,熟练各种模型的建法,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,22,熟练各种模型的建法,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,23,绘图指令列,翻转,调整显示工具,显示,隐藏网格,对齐工具,自动对齐工具,视角视窗切换工具,测量尺寸工具,指标与手切换工具,背景顏色切换工具,一些技巧,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,24,一些应用观念,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,25,物件分层,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,26,建立一个机壳,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,27,建立一个电源供应器PSU,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,28,学习项目4,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,29,首先,将Pro/E的图转成IGS档.,启动FLOMCAD视窗,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,30,呼叫IGES档案1,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,31,呼叫IGES档案2,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,32,选择要转入的IGS档.,呼叫IGES档案3,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,33,转入成功!,呼叫IGES档案4,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,34,转入的图型,呼叫IGES档案5,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,35,开始处理转入的图型,呼叫IGES档案6,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,36,36,分解转入的图型,分解成功!,分解后的复杂度,呼叫IGES档案7,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,37,将FLOMCAD图型转入至Flotherm內,呼叫IGES档案8,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,38,这个画面是在說:图档已经转入至Flotherm內,并且清除了在FLOMCAD的图,学习项目5,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,39,1.Library:资料库2.在Flotherm里,可以将常用的物件存进Library.方便随时取用.3.例如常用的CPU,Fan,Heatsink均可以将其存进Library,尔后就不需要重新建立.省时方便.,Library的动作,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,40,(1)将已建好的物体存进Library,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,41,以单一SmartPart为例,(1)将已建好的物体存进Library(续),CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,42,以Assembly为例,(2)将Library里的物体呼叫进现在的专案里,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,43,以单一SmartPart为例,(2)将Library里的物体呼叫进现在的专案里(续),CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,44,以Assembly为例,(3)将Library里的物体传出去给別人使用,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,45,以刚刚建立的PSU为例,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,46,(4)将外部的档案,呼叫进自己的Library,以刚刚建立的PSU为例,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,47,学习项目6,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,48,熟练各种模型的“性质”定义,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,49,“性质”定义:Location,取名字,位置座标,尺寸大小,薄面设定,薄面压缩方向的选择,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,50,“性质”定义:Material,新增一种材料性质,从材料库里直接叫出使用,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,51,Material:新增一个材料,给予名称,设定热传导系数的特性,输入热传导系数,输入密度,输入比热,输入表面性质及顏色,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,52,Material:从材料库里找一个材料用,1.从材料库中选择一个材料.2.按下Load3.按下Dismiss,离开此视窗,1,2,3,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,53,Material:最后确认,1.选择你要的材料；2.按下Attach；3.确认在CurrentlyAttached栏位里出现你选择的材料；4.按下Dismiss离开此视窗,1,2,3,4,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,54,“性质”定义:Surface,新增一种表面性质,从表面库里直接叫出使用,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,55,Surface:新增一个表面,给予名称,设定表面状況,设定表面顏色,按下OK储存此表面,并离开此视窗,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,56,Surface:从表面库里找一个表面用,56,1.从表面库中选择一个表面.2.按下Load3.按下Dismiss,离开此视窗,1,2,3,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,57,Surface:最后确认,1.选择你要的表面；2.按下Attach；3.确认在Attachment栏位里出现你选择的表面；4.按下Dismiss离开此视窗,1,2,3,4,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,58,“性质”定义:Thermal,新增一种热传性质(通常只用在需要给予发热量时,才会用到),从热传库里直接叫出使用(但从来沒用過),CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,59,Thermal:新增一个热传,给予名称,设定热传状況,设定发热瓦数,按下OK储存此表面,并离开此视窗,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,60,Thermal:最后确认,1.选择你要的热传2.按下Attach3.确认在CurrentlyAttached栏位里出现你选择的热传4.按下Dismiss离开此视窗,1,2,3,4,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,61,学习项目7,(1)网格的功能?(2)为什么要调整网格?(3)网格那些限制?,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,62,网格的功能,网格,Grid,就像是磁砖.一块一块的布滿在整个系統.格线,Gridline,构成网格的每一边.格点,Node,每条格线的交点.只要定出原点,则每一格点都有其固定的座标.CFD软件就是利用这些格点作数值运算,解出该点上的压力,速度和温度.每一网格內的区域,就由组成代表那一区的格点去做迭代,得出压力,速度,温度.,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,63,为什么要调整网格,网格就像是磁砖.一块一块的布滿在整个系統.贴磁砖时,一定是整整齐齐的贴,而且均分布.这样才会好看.同样的,在CFD软件里面,网格要尽量一致,计算起来才会快速且准确.若是网格的形状太奇怪,则很容易造成计算上的错误,甚至无法计算.,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,64,相关视窗1:GridSummary,64,总网格数目,尽量少于1百万,所有的AspectRations尽量小于100,SmallestGridCell的Size尽量大于0.1mm,功能:显示目前网格的状況.网格有任何变动,均会显示在此视窗.,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,65,相关视窗2:Grid,欲增加网格的方向,修改工具列,功能:提供自行增加网格的功能,增加网格的方式,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,66,相关视窗3:Table/Grid,66,功能:显示每一条格线的位置,及所属的物体,Active:有效De-Active:无效,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,67,操作示范1:新增网格,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,68,操作示范2:使网格线失效,Active:有效De-Active:无效,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,69,练习一:建立散热器分析模型,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,70,学习项目8,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,71,执行前先作检查,做检查,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,72,执行前先作检查,检查后,确认无任何错误讯息后,再执行计算.,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,73,按下GO,就可计算,开始计算,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,74,计算时,会出现Profile视窗,左边视窗:表示收敛曲线.当5个变数的收敛曲线均降至10以下时,即可视为收敛.右边视窗:表示侦测点的温度值.当温度值已保持一段直线时,亦可视为收敛.,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,75,归零:Re-initialize,刪除之前所计算過的料,亦即归零,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,76,学习项目9,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,77,IGBT的建模,在调色板中点击Cuboid按钮，建立一个矩形体。,右键建立的Cuboid，出现菜单栏，选择热Thermal。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,78,IGBT的建模,在弹出的Thermal对话框中，点击按钮New，新建一个热传导。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,79,IGBT的建模,在弹出的ThermalAttribute对话框中，输入名称，选择Conduction传导，在TotalPower中键入700，然后点击Apply和Attach，这样IGBT的发热量就给定了。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,80,IBGT温度监控点,在调色板中点击监控点图标，建立IGBT的温度监控,右键建立的监控点，选择Location,在Location中输入监控点的坐标，将监控点放至IGBT的中心,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,81,热管散热器的建模,调色板中点击HeatSink按钮，建立散热器图标。,右键建立的HeatSink散热器，出现HeatsinkMenu选择Construction,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,82,热管散热器的建模,出现HeatSink对话框，在Main中可以设置散热器尺寸和基板厚度，在PinArrangenment中选择InLine管型，在PinsinXo/YoDirection中可以设置X和Y方向热管的数量。,建立的热管散热器图，现在还差翅片。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,83,热管散热器的建模,在建立好热管之后插入适当数量0.5mm厚的薄铜片以作为热管散热器的翅片，这样散热器就构建好了。,Flotherm中画得热管散热器模型,Proe中热管散热器模型,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,84,模块外壳和风道的建模,在调色板中点击Enclosure图标，建立一个机壳,右键建立的机壳，在Location中可以设置机壳位置，在Construction中可以设置机壳的大小尺寸和厚度,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,85,模块外壳和风道的建模,在调色板中点击需要开洞的面，然后在调色板中点Hole按钮，建立一个洞。右键建立的Hole，可以调节位置和大小尺寸。,模块和散热器外壳并不是封闭的，因此需要在机壳壁上“扣掉”一部分。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,86,恒定风速的建立,在调色板中点击恒定风源按钮，右键建立的FixedFlow，选择Construction,在弹出的对话框中，可以设置风速，风源的大小，风向。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,87,模块的数值模拟计算,建立好模块后按下开始计算，进行数值模拟计算。点击FlowMotion按钮出现三维视图。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,88,学习项目10,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,89,残差曲线,残差曲线在10以下，而监控点温度已经稳定，这时可以认为求解收敛，也可以使用自动收敛设置Solve/OverallControl。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,90,后续仿真结果处理,在Flomotion工具栏中找到PlotEditor按钮，弹出对话框，PlotEditor中可以设置你所想看的X、Y、Z三个方向上的温度、速度、压力等数据面。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,91,温度,散热器温度可视化平面图,IGBT温度可视化平面图,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,92,速度和压力,风速可视化平面图,压力可视化平面图,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,93,数值显示,使用ValuesDialog可以察看任意一个可视化平面的详细数值，在选择模式下，将鼠标在平面上移动。可以看到随着指针位置的移动会显示不同的湿度值，使用控制器在X、Y或Z方向上移动可视化平添，探测其变化。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,94,温度值显示,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,95,速度值显示,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,96,压力值显示,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,97,数表窗口,除了使用图形显示结果以外，我们还可以使用数表窗口观察结果。如：通过数表窗口，我们可以统计从IGBT传导出来的总热量，或加热模块表面通过对流方向传达到空气的总热量。在项目管理窗口(PM)中打开表窗口，缺省视图会显示建立的实体的概要。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved.,98,粒子源动画显示,首先，选择风扇的背面。选中风扇前面后再选择菜单中的Editors/Source(编辑器/源)，打开粒子源编辑器，并点击Create(创建)。在模型中将会出现一个绿色的盒子，表示风扇后面的粒子源。,在粒子源编辑对话框中，将ManipulatorType从none转为translate。拖动控制器将粒子源移至其后面。,CopyrightSieyuanElectricCo.,Ltd.AllRightsReserved