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模型熱場流場穩(wěn)定后的結(jié)果。如需觀察溫度隨時間變化的曲線圖，則必須設(shè)定隨時間變化的熱源（TransientAttribute）、瞬時時間網(wǎng)格（TransientGrid），以便觀察各時間點整體計算區(qū)域的熱量傳遞速度及流體擾動狀態(tài)。

Flotherm熱仿真軟件作為全球第一款專門針對電子器件/設(shè)備熱設(shè)計而開發(fā)的仿真軟件，F(xiàn)lotherm可以實現(xiàn)從元器件級、PCB板和模塊級、系統(tǒng)整機(jī)級到環(huán)境級的熱分析。Flotherm軟件自1989年推出以來就一直居于市場領(lǐng)導(dǎo)地位（市場占有率高達(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軟件在中國的一級代理商，并代理國外其他多款cae軟件，有限元科技是以工程仿真軟件開發(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，目前已為全國超過500家企業(yè)提供cae分析服務(wù)。如需購買cae軟件或咨詢服務(wù)請聯(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)。

項目分析

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

圖1IC溫度隨時間變化圖

 操作模塊介紹

 1、Summary模塊介紹

圖2Summary模塊

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

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

 2、OverallTransient模塊介紹

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

 TotalTransientTime為瞬態(tài)分析計算用的總時間；TransientSolutionPeriod是對瞬態(tài)分析總時間的劃分，分為若干個周期，用來對計算數(shù)據(jù)進(jìn)行分段記錄。例如：假設(shè)總時間為12個小時，每兩個小時為一個周期，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)一個周期結(jié)束后，StartTime自動變?yōu)?，依次類推。KeypointTolerance為最小允許時間步，Keypoint位于每一時步的起始時間和結(jié)束時間，以形成時間網(wǎng)格。

 3、TimePatches模塊介紹

圖3TimePatches模塊

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

 其中Uniform用來創(chuàng)建相等持續(xù)時間的時間步；IncreasingPower用來創(chuàng)建遞增的時間步，時間步會隨著時間的推移而變長；DecreasingPower用來創(chuàng)建遞減的時間步，時間步會隨著時間的推移而變短；SymmetricPower主要創(chuàng)建以中間時間為對稱，先遞增再遞減的時間步。

 4、SaveTimes模塊介紹

 SaveTimes模塊中，EveryNthStep為正整數(shù)，用來定義保存數(shù)據(jù)時間步之間的間隔。例如，一組8步的時間步，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)的時間步，點擊Add，可將保存的數(shù)據(jù)植入到列表中。

 5、TransientFunction模塊介紹

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

圖5定義瞬態(tài)函數(shù)

 總結(jié)

 通過本案例，總結(jié)出了使用Flotherm解決瞬時問題時，需要的注意事項如下：

 1、必須設(shè)定材質(zhì)的密度（Dendity）和比熱（SpecificHeat）。因為通常穩(wěn)態(tài)的求解案例中，因為其密度及比熱不隨時間而變化，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、時間網(wǎng)格（TransientGrid）的設(shè)定：Flotherm是一款自動網(wǎng)格系統(tǒng)熱流仿真軟件，當(dāng)設(shè)定瞬時熱源后，軟件本身會自動設(shè)定其時間網(wǎng)格，所以在求解瞬時問題時，可以先設(shè)定瞬時熱源再設(shè)定時間網(wǎng)格。

 3、通常瞬態(tài)求解時，靠近開始時間的時步設(shè)定較小，網(wǎng)格需要劃得密一些；而靠近結(jié)束時間段時，逐漸趨于穩(wěn)態(tài)，時間網(wǎng)格可劃得較為稀疏，所以TimeStep的型式中，選擇power-law選項中的increasingpower是較為理想的方法。

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