Flotherm仿真前准备-定义需求

很多工程师在做热分析的时候都是一开始就打开软件建立模型,这种做法往往事倍工半, 经常见到有些工程师模型建立到一半,才发现,很多东西是不需要的,或者需要详细建模的地方又没有做,甚至有些时候需要推倒重来。因此,本教程强烈建议在做热分析前,先分析清楚需要分析什么,求解的目标是什么?

求解目标


再次建议,在开始做一个Flotherm项目前,花上一些时间分析清楚需要建立什么样的模型,需要求解什么值。
建议先在纸上简单的画出项目的主要特征以及尺寸,同时也可以在纸上简单的定义清楚项目是自然冷却还是强制冷却,各个元器件的损耗等,这会对后续建模起到相当大的帮助。这个草绘可以帮助你分析那些几何零件是需要的,那些是不需要的,也可以借此分析几何模型的摆放方向,以及那些地方需要重点关注等。


从简单开始


在做热仿真的过程中, 不建议一开始就画出复杂的模型并进行求解,建议从简单开始,然后逐渐添加其它的复杂特征。比如要分析一个风冷电源,可以先简单画出机壳,然后在机壳内加入风扇,PCB板以及一些大电容和关键的发热元件后就可以开始求解了。在这个阶段,模型相对简单,出现错误容易找出,也容易发现一些不合理的参数设置,因此,这个阶段的求解以发现错误,找出不合理的参数设置为主,求解到一定的程度就可以手动停止,如果有错误或者不合理的地方,就修改模型,没有则可以一步步的陆续添加其它特征,比如为进风口增加打孔板,增加变压器,为发热元件增加散热器等。
注意不要过度细化模型,比如一些不影响仿真结果的圆角,螺丝等小零件。过度细化模型会大幅度的增加求解时间,对仿真结果也没有影响,而且往往容易造成仿真错误。


求解域大小


求解域,顾名思义,就是软件求解的区域。在Flotherm中,这个求解的区域是一个立方体,在软件中通常以黄色实线表示出来。热仿真过程中,软件只会计算包含在含在这个区域内的各种参数变量等,对于区域外的物体则不予计算求解。因此,在仿真之前,必需要考虑求解域的大小 。求解域的尺寸大小取决于仿真模型。别外值得一提的是,求解域并不一定要把模型包围起来,比如在求解的时候,如果产品周围环境对求解有影响,则求解域需要比机壳大,如果没有影响,则求解域可以与机壳一样大,有些情况下求解域可以只包括机壳内部,甚至可以连机壳都不用画出来。这需要具体情况具体分析。后续会有专门的章节来讲解求解域。

Flotherm 求解域


元件级或者板级仿真


在Flotherm中,如果只是关心某些元器件的温度,并不一定非要把PCB板或者其周围的机壳都画出来,可以通过元器件级别的仿真来对局部散热进行分析并作比较。

元件级仿真


产品级仿真


当作产品级的仿真的时候,比如电脑主机或者电信服务器等,机壳则变成了一个十分重要的零件,一定要在软件中画出机械模型。通常做产品级仿真的时候,如果内部有风流过,并且产品周围没有严重影响散热的物体时,求解域会设置的与机壳大小一致,然后手动设置机壳周围温度,以及机壳如何与周围环境换热来进行热仿真。

产品级仿真


外壳散热


当产品外壳对产品的散热有着重要的影响时,很难确定机壳与周围环境的热交换系数,就需要把对散热有影响的外壳特征详细的画出来,然后加大求解域,让求解域把产品包围起来,并且留上一定的间隙,让Flotherm自动计算产品外壳与周围环境的热交换系数。比如有很多压铸产品的外壳上有很多散热齿,这个时候,外壳就相当于一个散热器, 求解域一定要比外壳大。

机壳散热器


产品周围物体


如果产品在使用过程中,周围的物体会对产品散热有影响,就一定要加大求解域,把这些物体也包围到求解域内。比如有些笔记本电脑的散热孔开在笔记本底部,由于桌子会影响笔记本出风,这个时候笔记本底部与桌子之间的间隙大小就对产品散热变得相当重要,对这种产品在做热仿真的时候,就一定要考虑桌子对散热的影响,求解域也应适当扩大,把桌子对散热的影响考虑进去。对于产品周围物体影响散热的问题一定要高度重视 ,很多有经验的工程师都在这方面失误过。曾经有一位朋友就手机热仿真问,为什么我仿真出来的结果总是比实际测试的温度低呢?细看其仿真模型以及参数设置,各方面都做的很好,单单忘记考虑用户在使用手机时会因为手持或者把手机放到桌上而影响散热。

周围物体对仿真的影响


模型树结构


在考虑应该画什么模型的同时,也应该花点时间去考虑如果构建模型树,如果在模型一开始就有一个好的模型树规划,会让后续的仿真变的容易很多,也能够更容易的发现仿真中出现的错误。通常来说,建议使用层级+模块化模型树。比如有一个通信插框需要仿真,模型树上就可以先建机壳,然后将风扇放到一个装配,每个PCB板卡一个装配,电源一个装配,EMI模块一个装配等。如果电源里有详细的模型,还可以在电源装配下面新建子装配,比如电源机壳,电源PCBA装配等。甚至可以将电源PCBA里的电容,电感等分别放在不同的装配内。

Flotherm 模型树


 

评论

十分感谢你的技术分享

非常感谢分享,入门必看教程!

非常感谢分享,入门必看教程!

谢谢分享

这节解了我一个迷惑,就是怎么考虑power supply铝型材外壳的散热因素。 多谢分享!

很受益,谢谢分享!