FloTHERM基础培训.ppt

1、FloTHERM Basic Training,Xu Lei (徐磊) Mechanical Analysis Division,Mentor Graphics - Mechanical Analysis Division（MAD）介绍,2,Mentor Graphics MAD，即过去Flomerics公司，Flomerics是成立于1988年的全球第一家专业从事电子散热仿真的公司,总部： 英国伦敦,研发中心： 伦敦、波士顿、硅谷圣迭戈、法兰克福、布达佩斯、莫斯科、班加罗尔,分公司： 英国、美国、俄罗斯匈牙利、法国、德国意大利、瑞典、日本中国、印度、新加坡,代理商： 以色列、韩国、日本、台湾

2、、澳大利亚、巴西,Mentor Graphics MAD 主要产品,散热仿真软件 嵌入CAD的工程流体动力学/传热仿真软件-FloEFD 高级热测试仪,3,Contents,L1 Introduction of Electronics cooling L2 Basic theory of CFD L3 Introduction of FLOTHERM L4 Basic theory of using FLOTHERM to do simulation L5 Build, solve and analyze a simple case L6 Model popular electronics c

3、omponent L7 Do a good grid L8 Diagnose solution Problems L9 Import your CAD model to do CFD simulation,Contents Contd,L10 Model refinement L11 Further refinement: solid temperature L12 Extending the solution domain and tools for grid L13 Cooling techniques: fans and heat sinks L14 Introduction of co

4、mmand center L15 Introduction of IC package L16 Build a detail or compact chip model L17 Do a good post process L18 Use FLOTHERM to optimize your design,电子设备的发展趋势,6,1. 热耗上升化,2. 设备小巧化,3. 环境多样化,过热-电子产品故障的首要原因,7,发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大问题之一(强度与振动、散热、电磁兼容),热设计的基本要求,满足设备可靠性的要求 满足设备预期工作的热环境的要求 满足对冷却系统的限制要求,

5、8,热设计工程师 与EE, ME, Layout等项目相关人员紧密配合，力求提高产品各方面性能并降低成本,了解散热性能的方法,实验研究 优点：直观，可靠 缺点：昂贵，周期长 数值仿真(CFD) 优点：周期短，成本低， 限制：数学模型的适用程度,9,了解散热性能的数值方法: CFD (Computational Fluid Dynamics),仿真的基本思想,CFD的基本思想是把原来在时间域和空间域上连续的物理量的场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。,10,热仿真基本理论 -传

6、热的三种基本方式,导 热 Fourier 定律： 对 流 Newton 冷却定律： 辐 射 Stefan-Bolzman 定律：,11,热仿真基本理论 -控制方程,能量守恒方程 动量守恒方程 质量守恒方程,12,FLOTHERM 软件介绍,全球第一个专门针对电子散热领域的CFD软件 通过求解电子设备内外的传导对流辐射，从而解决热设计问题 据第三方统计，在电子散热仿真领域，FloTHERM 全球市场占有率达到70% 据我们的调查，98%的客户乐意向同行推荐 FloTHERM,13,FloTHERM软件主要模块,14,FloTHERM 软件,FloTHERM使用流程,15,Solver,Monit

7、oring,FloTHERM使用流程,16,Post-Processing,Temperature Profile,Speed Vector,Command center 优化,Different Cases,Solve Progress,A simple case,FloTHERM基础介绍 FloTHERM仿真的基本操作和流程 电子设备常见原件的建模 网格划分 求解监控与后处理,17,FloTHERM用户界面介绍,18,Project Manager 项目管理器 提供树状结构的几何体和模型数据管理,Drawing Board （模型）绘图板 提供创立和修改几何模型的简易界面，面向对象的建模技

8、术，专业针对电子热分析的参数化模型，完全三维CAD风格,FloTHERM用户界面介绍,19,Table 数据表窗口 提供输入输出参数的数据表输出,Visual editor 图形输出窗口 提供结果的图形动态输出,FloTHERM文件结构,20,FloTHERM文件结构,21,首先FLOTHERM软件借助四个目录管理文件管理每个项目文件,千万别去尝试去修改项目文件中名中的数字串,定义一个新项目,定义项目名称 定义散热环境以及散热方式 定义求解域,22,太阳辐射的定义,设置： 设备的纬度 工作日期 工作时辰 云遮当比,设置： 被照射表面的反射率,23,机箱的建模,薄壁设置 不考虑平面方向的热传导,

9、24,滤网、通风孔、打孔板的建模,尺寸,孔的形状与大小,孔的间距,直接定义开孔率,25,风扇的建模,定义风扇旋转,模拟风扇失效,风扇功耗,26,PCB板的建模,PCB SmartPart 不考虑平面传导的薄板模型 全面考虑三个方向的热传导 直接确定含铜量 直接定义重量 分层定义含铜量,各向异性的立方体,27,芯片建模,搭建几何结构（复杂程度随考虑细致程度变化） (简单) (复杂) 双热阻模型（较简化） 热阻网络模型（较复杂）,28,散热器的建模,29,导热胶与导热垫片的建模,30,导热胶与导热垫片的建模,31,材料定义,32,材料定义,33,2)使用库；,1)直接定义；,功耗定义,34,The

10、rmal Attribution,Thermal Attribution,设定监控点,35,Step1：选定要监控的元件,Step2：点击monitor point,监控点生成，默认位置为选定元件的几何中心,也可以不选择元件，直接建立监控点并把位置设置到关心的地方,网格定义,36,36,求解器设置,37,设置求解方式,设置迭代次数,附加选项,错误检查与初始化,错误检查 Error：Data error interrupting solution Warning：flags set up problems such as incorrect location of boundaries, e.g

11、. a fan detected inside a block Information：purely informational, e.g. object encountered outside the solution domain 初始化,38,收敛监控,39,后处理 -Table表格,40,后处理 -Visual Editor图形化结果输出,41,FloTHERM项目的导入导出,42,可以导入导出的项目(Project)文件,可以导入导出的部件(Assembly)文件,Other Issues,Mesh Improvement Import Models Introduction of

12、command center Introduction of Library,43,Mesh Improvement,44,网格的密度增加，能得到更为详细的解。,代价： 内存使用量 计算时间,目标： 网格独立解,网格局域化,45,选中某物体,加网格约束,局部化,支持多层嵌入式网格,可以进行不限层数的局部加密。,Import EDA Models,46,完全兼容业界通行的IDF格式文件,支持EDA软件：,IDF2.0 IDF3.0,CADENCE MENTOR GRAPHICS ZUKEN PowerPCB等等,大大简化复杂PCB模型的建模,Import CAD Models,47,FLO/MC

13、AD ACIS (SAT),双向的导入导出,Introduction of Command center,48,DOE (Design on Experiments) 实验设计,由软件或用户安排N种设计方案,软件自动进行包括模型生成、网格划分和求解的批处理,SO(Sequential Optimization) 自动顺序寻优,用户给定可变参数区间和优化目标权重，软件自动寻找最优方案,Command Centre 运用两者的结合,两个优化量，一个二维的变化区间,无数种方案,首先找出N种DOE方案,达到最优覆盖率,进行DOE计算，找出DOE最优解,从DOE最优解出发，寻找SO最优解,最后找出局部最

14、优解,DOE,SO,SO,DOE,FloTHERM Library,49,库内容：,PC机箱 芯片库 PCB库 风扇库 滤网，打孔板库 散热器库 接触材料(导热垫片) 材料库,网格 流体 工况 辐射属性 阻尼 热源 瞬态函数 计算模型,支持双向的导入导出,www. .com -基于互联网的IC封装数据库,50,51,在预定义的菜单式界面输入简单的最基本数据（如：管脚数目、外形尺寸、热功耗），快速生成一致的模型 可详细定义更多封装内部结构数据获得特殊封装模型 提供可靠的精确模型和简化模型（与环境无关）,www. .com -基于互联网的IC封装数据库,全球主要散热技术和产品供应商全面支持FLOTHERM软件,52, - 全球FloTHERM软件用户的免费数据库 本网站由Flomerics公司创建并邀请各大散热产品供应商不断