Flotherm学习教程.ppt

1、a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,Flotherm学习,产品开发部 沈金南 2012-05-03,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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 Computational Fluid Dynamics 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:

2、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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,2,Flotherm 介紹 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

3、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.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,3,Flotherm 介紹 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

4、, 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.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,4,Flotherm 的应用,版级和模块级,元器件级,系统级,环境级,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights

5、 Reserved.,5,Flotherm 的应用,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,6,Flotherm 的建模,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,

6、a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,7,Flotherm 的建模,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,8,Flotherm 的建模,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，

7、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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,9,Flotherm 的建模,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。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,10,运用Flotherm的几个原则,要非常熟练 模型

8、 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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,11,学习项目,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,12,学习项目 1,a Copyright Siey

9、uan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,13,熟悉各种工作视窗,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,14,熟悉各种工作视窗,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,15,Project Manager,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserv

10、ed.,16,Drawing Board,物件分层,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,17,Drawing Board,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,18,学习项目 2,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.

11、,19,快捷键,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,20,学习项目 3,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,21,熟练各种模型的建法,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,22,熟练各种模型的建法,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,23,绘图指令列,翻转,调整显示

12、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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,24,一些技巧,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,25,一些应用观念,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,26,物件分层,a Copyright Sieyuan Electric Co

13、., Ltd. All Rights Reserved.,27,建立一个机壳,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,28,建立一个电源供应器 PSU,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,29,学习项目 4,首先, 将 Pro/E 的图转成 IGS 档.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,30,启动 FLOMCAD 视窗,a Copyright S

14、ieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,31,呼叫 IGES 档案 1,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,32,呼叫 IGES 档案 2,选择要转入的 IGS 档.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,33,呼叫 IGES 档案 3,转入成功!,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,34,呼叫

15、 IGES 档案 4,转入的图型,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,35,呼叫 IGES 档案 5,开始处理转入的图型,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,36,呼叫 IGES 档案 6,36,分解 转入的图型,分解成功!,分解后的复杂度,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,37,呼叫 IGES 档案 7,将FLOMCAD图型 转入至Floth

16、erm 內,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,38,呼叫 IGES 档案 8,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,39,学习项目 5,1. 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 Librar

17、y, 尔后就不需要重新建立. 省时方便.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,40,Library 的动作,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,41,(1)将已建好的物体 存进Library,以 单一 Smart Part 为例,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,42,(1)将已建好的物体 存进Library(续),以 Assembly 为例,

18、a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,43,(2)将Library里的物体 呼叫进 现在的专案里,以 单一 Smart Part 为例,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,44,(2)将Library里的物体 呼叫进 现在的专案里(续),以 Assembly 为例,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,45,(3)将Library里的物体 传出去给別

19、人使用,以刚刚建立的 PSU 为例,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,46,(4)将外部的 档案, 呼叫进自己的 Library,以刚刚建立的 PSU 为例,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,47,学习项目 6,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,48,熟练各种模型的 “性质” 定义,a Copyright Sieyuan Electric

20、Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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

21、比热,输入 表面性质及顏色,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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 Load 3. 按下 Dismiss , 离开此视窗,1,2,3,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,53,Material: 最后确认,1. 选择你要的材料 ；2. 按下 Attach；3. 确认在 Currently Attached 栏位里出现你选择的材料；4. 按

22、下 Dismiss 离开此视窗,1,2,3,4,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Rese

23、rved.,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 Load 3. 按下 Dismiss , 离开此视窗,1,2,3,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Re

24、served.,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),a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,60,Thermal: 最后确认,1. 选择你要的 热传 2. 按下 A

25、ttach 3. 确认在 Currently Attached 栏位里出现你选择的热传 4. 按下 Dismiss 离开此视窗,1,2,3,4,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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?,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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, Grid line, 构成网格的每

26、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.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,

27、 则很容易造成计算上的错误, 甚至无法计算.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,64,相关视窗1: Grid Summary,64,总网格数目, 尽量少于1百万,所有的Aspect Rations 尽量小于 100,Smallest Grid Cell 的 Size 尽量大于 0.1 mm,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.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,65,相关视窗2: Grid,欲增

28、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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,67,操作示范 1: 新增网格,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Res

29、erved.,68,操作示范 2: 使网格线失效,Active: 有效 De-Active: 无效,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,69,练习一: 建立散热器分析模型,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,70,学习项目 8,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,71,执行前先作检查,做检查,a Copyright Sieyuan Electri

30、c Co., Ltd. All Rights Reserved.,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.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,73,按下 GO, 就可计算,开始计算,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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

31、已保持一段直线时, 亦可视为收敛.,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,75,归零: Re-initialize,刪除之前所计算過的料, 亦即 归零,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,76,学习项目9,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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，

32、 选择热Thermal。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,79,IGBT的建模,在弹出的Thermal Attribute对话框中，输入名称，选择Conduction传导，在Total Power中键入700，然后点击Apply 和 Attach，这样IGBT的发热量就给定了。,a Copyright

33、Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,81,热管散热器的建模,调色板中点击Heat Sink按钮，建立散热器图标。,右键建立的Heat Sink散热器，出现Heatsink Menu选择Construction,a Copyright Si

34、eyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,82,热管散热器的建模,出现Heat Sink对话框，在Main中可以设置散热器尺寸和基板厚度，在Pin Arrangenment中选择 In Line管型，在Pins in Xo/Yo Direction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。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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

35、好了。,Flotherm中画得热管散热器模型,Proe中热管散热器模型,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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

36、。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。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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Fixed Flow，选择Construction,在弹出的对话框中，可以设置风速，风源的大小，风向。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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Flo

37、w Motion 按钮出现三维视图。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,88,学习项目 10,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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/Overall Control。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,90,后续仿真结果处理,在Fl

38、omotion工具栏中找到Plot Editor按钮，弹出对话框，Plot Editor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。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,91,温度,散热器温度可视化平面图,IGBT温度可视化平面图,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,92,速度和压力,风速可视化平面图,压力可视化平面图,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All

39、Rights Reserved.,93,数值显示,使用Values Dialog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。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,94,温度值显示,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,95,速度值显示,a Copyright Sieyuan Electric Co.,

40、Ltd. All Rights Reserved.,96,压力值显示,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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。,a Copyright Sieyuan Electric Co., Ltd. All Rights Reserved.,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 Manipulator Type 从none转为 translate。 拖动控制器将粒子源移至其后面。,a Copyright Siey