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本帖最后由 caeer 于 2017-5-18 20:19 编辑
) \/ d) m6 [ Q- }: J4 v! m7 ^ F* X0 h% c# ?
在电子技术发展日新月异的今天，体积已极大的缩小，而功耗反而有所增加，由此产生的设备过热问题逐渐成为了导致电子设备故障的重要原因。因此在设计阶段，如何利用仿真软件对产品散热设计进行最大限度的优化成为了电子产品设计的重中之重。
' r( a% D' q6 x7 e! c 目前，在电子设备热设计行业内使用的CFD热学仿真软件主要有：Flotherm，Icepak和6SigmaET，下面将对几款热分析软件进行简单的功能对比分析：. G' K0 ]/ |3 [$ w: f& d. \$ g$ V
1、Flotherm：
# o* S/ h" H% s8 j- v" p* u* i* s9 R5 S( ]3 k$ J# \" [& I
+ T" v+ O, ?* B/ S# i" y( M
Flotherm有限元分析软件http://www.feaworks.org/flotherm是由美国MentorGraphics公司（现成为Siemens公司旗下产品）设计开发的专门针对电子器件/设备热设计而开发的仿真软件，作为一款强大的应用于电子元器件以及系统热设计的三维仿真软件。在任何实体样机建立之前，工程师就可以在设计流程初期快速并简易地创建虚拟模型，运行热分析以及测试设计更改。FloTHERM采用先进的CFD（计算流体力学）技术，预测元器件、PCB板以及整机系统的气流、温度以及传热。
' v) [- G- X/ O3 e特点分析：5 P" d* n7 t& d) |. r. c) s+ R5 F
网络技术
9 q% e, X$ E6 e/ ~7 W笛卡尔结构化网格；7 V z% C$ T. s% W
非连续嵌入网格技术和CutCell网格切割技术；
8 b2 L) W1 \+ n& r支持多层网格嵌套与局部加密；3 P6 [, W7 E6 t4 t
半自动网格划分技术与Smart-Parts对象关联相结合；
/ I& Z: p9 w8 }3 p占用的内存和CPU资源少。- B" V4 ~1 Z! H8 K
模型库
( w) k' P5 G0 ^( B( ]7 }软件原厂商完成大量电子器件热模型方法的研发；4 x+ h) x+ _0 N2 N: |+ Q
有大量智能部件（Smart-Parts），可直接在FloTHERM中进行参数化建模；
6 v% _4 J* z3 W U' ]& I4 Z详细的热管、多孔板、双热阻、PCB板、焦耳热、TEC等电子冷却专用模板、双热阻、TEC、风扇等众多专业厂家产品性能库以及电子冷却分析专用材料库。2 J# ]! X' V6 f* K: q/ }- u0 a7 Z) \4 ?' i
CAD接口6 \: p! p" S+ d! L8 l$ f1 u8 v6 j9 h
允许直接使用CAD模型；: Z& g5 p" F6 }3 S
可在FloTHERM中直接建模；3 M3 P3 S5 }7 c4 d8 v
可使用Smart-Parts进行参数化建模分析；7 l+ }; n8 z! v. M+ D
EDA接口；/ D2 E/ b4 a# A6 K! T
支持IDF格式读入；& V* R( g3 N, h
支持直接读入allegro、BoardStation和Expedition及CR5000等EDA软件PCB模型的详细信息；" A$ f. j! U2 W1 ]* ]/ }4 e2 P: d: n- d/ t
并可过滤选择各种器件的导入。3 k ~. n9 E5 m, V: w% J
+ n4 R N+ G" z2 {" @
4 k. X- [2 J9 Z! A. w* G7 e
4 t; A% y( |. q( F8 H8 \
求解器
! n! |' i! p/ T4 r# W7 Z- a采用Cutting-edge数值方法和多重网格技术；
/ W! y" q1 t& y) |& C! z6 G健壮的收敛性，求解可靠，一次求解成功，无数值假扩散；
% C% f9 ^9 t5 N V3 N% W+ ^6 g4 v" t, v执行Multi‐grid计算核心；SegregatedConjugateResidual算法等。# f+ L5 y Z+ b% [
# S+ ~% x2 p& p) J; k; h& q
; t( Q* h% H; m8 b [4 x
4 A2 A( L$ c) _1 L' U瞬态计算
) `* k( a/ [$ X4 i可以设置不均等的时间步长，避免在不必要的计算周期过渡加密时间步长。
( {2 F% s$ D0 D7 `- x后处理
3 ?" Z# I, R- A% S) w8 s4 }: F; k/ h云图、等值面图、矢量图、迹线图、动画、温度梯度；
4 b: e+ ^9 c0 G享有专利的传热瓶颈(Bottleneck)和热流捷径(Shortcuts)；
$ j. \4 ~+ d; V! R* NMSOffice后处理报表。
5 K) k7 y+ ]3 ^# t& O4 s0 }# K6 c! k自动优化功能* M: o3 N+ R4 F2 W
支持DOE、SO、RSO优化设计方法；
) ?4 K7 x; g8 v+ `全球电子热分析软件，唯一真正具有自动优化设计能力的软件；
6 J4 j8 {6 m$ u/ s6 O3 N% D不但可以优化设计散热器等关键器件，还能够进行如PCB板的器件布局优化、通风口位置及形状优化风扇选型及安装位置优化等各种设计方案的优化。. A( d4 U" x/ }" L l* v% j
仿真测试一体化接口' n3 z$ U! V. e$ Z3 |
可与热瞬态测试硬件T3Ster形成仿真测试一体化解决方案，存在双向接口，直接利用测试数据校准仿真模型。
: T, G4 N) K5 O& i ^多物理场耦合
& S8 ^, j; r s8 g8 b与MentorGraphicsHyperLynx?PI，可以计算电源完整性和详细PCB的焦耳热；( R: L: X9 F, }4 r# l% _, y$ ~7 }
通过MpCCIFSIMapper结合，可板的器件布局优化、通风口位置及形状优化风扇选型及安装位置优化等各种设计方案的优化。7 ?$ y+ x0 n( r P
用户界面
& O+ |" I' b2 X工程化的用户界面，视觉上比较接近实物的画面；
$ Z/ T( r. ^8 w6 s面向对象的建模技术，专业针对电子热分析的参数化模型，工程化的参数定义。% ]' d2 N: q# i
优缺点总结
) g, {) S( M$ M: U$ b; W电子器件库丰富；
1 z" B6 ~3 V2 S5 i* w# i8 K7 f求解快速可靠；! l( s6 h) h% c4 [4 D2 u) }
笛卡尔网格适合电子系统散热分析；6 j+ L5 ~) @% }
可以自动优化设计；
6 V" L4 H' g6 I2 b1 ^支持EDA与MCAD接口；9 x2 }4 C+ r7 x3 G1 a
后处理丰富。% o1 L. N$ ?- i) v) ]# z8 F
7 A8 a( i* H4 }2、Icepak/ O6 q4 |; h9 w* ^5 E
ICEPAK软件由计算流体力学软件提供商Fluent公司，专门为电子产品工程师定制开发的专业的电子热分析软件。是专业的、面向工程师的电子产品热分析软件。借助Icepak的分析，用户可以减少设计成本、提高产品的一次成功率，改善电子产品的性能、提高产品可靠性、缩短产品的上市时间。& c/ m. Y2 h/ I; l2 c7 I* w
u! j& P# ]& x7 K( k" M3 Q( z; y. t n- O
特点分析：
2 k9 E, u O) E' Z, O网格技术5 R( T: m) ^, n: {2 O9 W5 I
需结合外部的网格生成器；2 {2 Q0 Q, z `; @/ R
对网格的划分有严格的要求；
4 ]% p) A; s2 D! L+ d需要对网格进行反复与细致的进行调试才能生成较高质量的网格。
& W, Y/ J0 h; T; J/ l模型库
+ c+ I5 V# D2 x3 T7 ~$ U风扇、PCB、机箱等少量器件库；
0 M0 m: L& v$ [- Q& q% e' s% E. NCAD接口；. ^0 a( n( v6 J% v8 I. X. p3 z
允许直接使用CAD模型。
0 d8 @0 c' o8 U2 Q4 _EDA接口
# R3 J8 Z1 ~" R) U支持IDF格式读入。
) F7 W4 e8 j$ X; R8 Y0 n$ V求解器6 j; f; b! o# }% p; q) C K
使用Fluent有限体积法的通用CFD求解器；
: T( C" A& a* M( K) L& k% Q求解功能受限，不具有太阳辐射计算功能。0 R: T3 F; [. E5 N
瞬态计算
" q8 X, K% g' `! |0 s7 y) X时间步长是固定的，用户不能改变其值。
/ A% J, K7 t0 Q/ i' `! ^后处理- v5 h9 i2 E2 u' ~) L! c( i
云图、等值面图、矢量图、迹线图、动画。
' `/ H7 r1 W1 q5 n7 l$ q自动优化功能- c0 l' Y9 b8 L9 y% {: q
采用梯度算法进行优化。
8 M/ [# L- m% `! ^& U仿真测试一体化接口3 u, `- y/ E8 {3 L4 }: a2 ~- J6 _
不具备与测试硬件的联合功能。
4 A7 d# K' t5 V _多物理场耦合
+ l) W6 j3 T! @# S; r/ P, T+ K! v通过ANSYSWORKBENCH实现ANSY产品相关的多物理场耦合。5 a6 b5 r$ F9 a& W- A5 E$ o/ }
用户界面6 R2 K3 D; |# o/ d# ?, K; y( U7 ~
界面单薄。- P: e, E, t( d/ f% c: u
优缺点总结# F, N4 u7 o+ s1 W8 ]* M
后处理丰富；
# ~5 N; f, X4 G电子器件库单一；
# K9 Q! U0 p# \通用求解器功能有限；; x& J$ B: {5 F' ~2 ?, i- V/ Q, P
网格质量难控制；+ }9 L5 W( `- U3 W! O
不可自动优化设计；
- ~* Y- d% {' {" x1 k# ]( }不可直接读入PCB模型；( \9 R2 _7 U5 K
0 n% o( ]: b! K' A* g r/ G( q( h
3、6SigmaET6 [" R' o3 |' h" ~2 t% Z2 w9 P
6SigmaET英国FutureFacilities公司专门为数据中心和电子设备设计的电子系统散热分析工具。9 c. P9 G) W( D8 N9 ^2 Y
$ o' m5 _( q7 R/ |7 M+ J7 y* s$ ^
特点分析：, K0 {; r5 Q( E
网格技术
+ q$ B: ?8 ?8 z6 X/ u笛卡尔结构化网格；
) T( F9 l$ o$ [" F9 {* g9 W, v( y5 ]+ M非连续嵌入网格技术和CutCell网格切割技术；
+ E! m- k& ], d+ F( w/ e( N! Q不支持多层网格嵌套与局部加密；
. T$ a! n& _) F! ]/ d同等条件下网格数量多，占用的内存和CPU资源少。0 l* _0 X0 ]7 [: n$ I
模型库* _5 E* Z0 r) v
智能型模型对象：包括PCB、ChipSockets、Resistors、Capacitors、Card、Drivebays及温度控制的风扇（轴流式及离心式）。- q* C9 E, e& ^' f* C3 N" R& Z
CAD接口
$ d3 ]1 F" `6 }) Y7 T* p; U" N: @允许输入STL格式3D图档。
& B( l$ D1 P5 l6 nDA接口# E& y0 H4 Y5 c$ h% c# w& g9 d
支持IDF格式读入。
/ _* P' q& k, @" q) ^ ?求解器
; k' ^0 G/ L4 b6 ^$ Y$ B% D/ b# z执行Multi‐grid计算核心。
% P+ W3 O0 m% |! _( m. b4 Y7 f/ |瞬态计算
7 \8 d [4 V9 [- p+ I( U时间步长是固定的，用户不能改变其值。* ^" v |" `) y$ A% S$ n
后处理2 S+ v* y6 P9 [: L5 @( ]. F
云图、等值面图、矢量图、迹线图、动画、温度梯度。
* g T- e' _2 |) Z8 U* _自动优化功能7 A G8 e' l$ Y* o9 @6 b
无优化功能模块。/ D6 N8 h' v/ v- V" n* A
仿真测试一体化接口
3 i) T9 ]# I% ~9 L. i2 g不具备与测试硬件的联合功能。+ o+ q! ]% M# C3 |/ f V3 H, ~
多物理场耦合
0 c& b z8 y1 [* r2 Z不具备该多场耦合功能。, o3 Q" X% l- h& q$ u4 f- v8 s
用户界面
. f; b, h# B( g友好的GUI使用界面；
% X% \5 Q6 W9 s5 p8 H: v- J5 i- N单一窗口中就可完成所有模型的构建及参数设定，模型树清楚呈现对象之间的关系。
8 S) \* O" ]3 {+ v& N优缺点总结
5 G3 Q+ L1 W( G. s" H' ?后处理丰富；
9 M9 H+ x6 [$ @/ B! O, J" K# W求解器功能单一；
3 l- [- V7 n" g5 |& J: i- P网格数量难以控制；& ^: i- e* i2 u( J; T! d4 M+ L
不可自动优化设计；+ R: v- L9 f* K% \/ l3 z
PCB模型导入处理工作量大。 |
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