教程及l(fā)t flotherm基礎培訓

FloTHERMBasicTrainingXuLei(徐磊)MechanicalAnalysisDivisionMentorGraphics-MechanicalAnalysisDivision（MAD）介紹2MentorGraphics–MAD，即過去Flomerics公司，F(xiàn)lomerics是成立于1988年的全球第一家專業(yè)從事電子散熱仿真的公司總部：英國倫敦研發(fā)中心：倫敦、波士頓、硅谷圣迭戈、法蘭克福、布達佩斯、莫斯科、班加羅爾

分公司：英國、美國、俄羅斯匈牙利、法國、德國意大利、瑞典、日本中國、印度、新加坡代理商：以色列、韓國、日本、臺灣、澳大利亞、巴西MentorGraphics–MAD主要產品散熱仿真軟件嵌入CAD的工程流體動力學/傳熱仿真軟件-FloEFD高級熱測試儀3ContentsL1–IntroductionofElectronicscoolingL2–BasictheoryofCFDL3–IntroductionofFLOTHERML4–BasictheoryofusingFLOTHERMtodosimulationL5–Build,solveandanalyzeasimplecaseL6–ModelpopularelectronicscomponentL7–DoagoodgridL8–DiagnosesolutionProblemsL9–ImportyourCADmodeltodoCFDsimulationContents–Cont’dL10–ModelrefinementL11–Furtherrefinement:solidtemperatureL12–ExtendingthesolutiondomainandtoolsforgridL13–Coolingtechniques:fansandheatsinksL14–IntroductionofcommandcenterL15–IntroductionofICpackageL16–BuildadetailorcompactchipmodelL17–DoagoodpostprocessL18–UseFLOTHERMtooptimizeyourdesign電子設備的發(fā)展趨勢61.熱耗上升化2.設備小巧化3.環(huán)境多樣化過熱--電子產品故障的首要原因7(Source:USAirForceAvionicsIntegrityProgram)Figure2:MajorCausesofElectronicsFailures圖2：電子產品故障主要原因資料來源：美國空軍航空電子整體研究項目55%溫度20%振動6%粉塵19%潮濕Figure1:JunctionLifeStatistics(Source:GECResearch)圖1：結點壽命統(tǒng)計故障率（10萬小時）資料來源：GEC研究院發(fā)熱問題被確認為電子設備結構設計所面臨的三大問題之一…(強度與振動、散熱、電磁兼容)熱設計的基本要求滿足設備可靠性的要求滿足設備預期工作的熱環(huán)境的要求滿足對冷卻系統(tǒng)的限制要求8熱設計工程師——與EE,ME,Layout等項目相關人員緊密配合，力求提高產品各方面性能并降低成本了解散熱性能的方法實驗研究優(yōu)點：直觀，可靠缺點：昂貴，周期長數值仿真(CFD)優(yōu)點：周期短，成本低，限制：數學模型的適用程度9了解散熱性能的數值方法:CFD(ComputationalFluidDynamics)仿真的基本思想CFD的基本思想是把原來在時間域和空間域上連續(xù)的物理量的場，用一系列有限個離散點上的變量值的集合來代替，通過一定的原則和方式建立起關于這些離散點上場變量之間關系的代數方程組，然后求解代數方程組獲得場變量的近似值。101D012f1f22D(1,1)(0,1)(1,0)(2,1)(1,2)f1f2f3f43D熱仿真基本理論

---傳熱的三種基本方式導熱Fourier定律：對流Newton冷卻定律：輻射Stefan-Bolzman定律：11熱仿真基本理論

---控制方程能量守恒方程動量守恒方程質量守恒方程12T1

m1T2

m2

HotcomponentQ12

p1

V1

p2V2

速度大，則壓力小，速度小，則壓力大12V1

A1V2

A2A1V1=A2V2

FLOTHERM軟件介紹全球第一個專門針對電子散熱領域的CFD軟件通過求解電子設備內外的傳導\對流\輻射，從而解決熱設計問題據第三方統(tǒng)計，在電子散熱仿真領域，F(xiàn)loTHERM

全球市場占有率達到70%據我們的調查，98%的客戶樂意向同行推薦FloTHERM13FloTHERM軟件主要模塊14FloTHERM軟件FloTHERM核心熱分析模塊簡單的建模方式：節(jié)省建模時間笛卡爾網格：加快計算速度集成的經驗公式：加速計算并保證準確度VisualEditor結果動態(tài)后處理模塊簡單的操作：節(jié)省后處理時間豐富的結果表現(xiàn)形式：方便項目人員的協(xié)作溝通CommandCenter優(yōu)化設計模塊先進的優(yōu)化算法：保證優(yōu)化結果的可靠性目標驅動的自動優(yōu)化設計：減少工程師的工作量FloMCAD.BridgeCAD軟件接口模塊支持多種模型格式：適用范圍廣泛方便的操作：縮短建模時間FloEDAEDA軟件高級接口支持多種EDA格式：方便電子工程師與熱工程師協(xié)同工作包含走線、器件參數、過孔等詳細信息的模型讀入：保證模型準確性準確的模型簡化方法：保證結果準確度的同時減少計算時間FloTHERM.Pack標準IC封裝模型庫豐富的IC模型：方便下載以減少建模時間歐盟資助的生成模型算法：保證模型準確度FloTHERM使用流程15Pre-ProcessingModelingMeshingBoundaryconditionsInitialconditionsSourcesMaterialpropertiesPhysicalmodelsSolverMonitoringFloTHERM使用流程16Post-ProcessingTemperatureProfileSpeedVectorCommandcenter優(yōu)化DifferentCasesSolveProgressAsimplecaseFloTHERM基礎介紹FloTHERM仿真的基本操作和流程電子設備常見原件的建模網格劃分求解監(jiān)控與后處理17FloTHERM用戶界面介紹18ProjectManager

項目管理器提供樹狀結構的幾何體和模型數據管理DrawingBoard

（模型）繪圖板提供創(chuàng)立和修改幾何模型的簡易界面，面向對象的建模技術，專業(yè)針對電子熱分析的參數化模型，完全三維CAD風格FloTHERM用戶界面介紹19Table

數據表窗口提供輸入輸出參數的數據表輸出Visualeditor圖形輸出窗口提供結果的圖形動態(tài)輸出FloTHERM文件結構20庫文件區(qū)項目文件索引文件FloTHERM文件結構21

首先FLOTHERM軟件借助四個目錄管理文件管理每個項目文件千萬別去嘗試去修改項目文件中名中的數字串項目文件夾定義一個新項目定義項目名稱定義散熱環(huán)境以及散熱方式定義求解域22太陽輻射的定義設置：設備的緯度工作日期工作時辰云遮當比設置：被照射表面的反射率23機箱的建模薄壁設置不考慮平面方向的熱傳導薄還是厚？各面單獨定義：厚還是??？開口不開口？薄壁設置厚壁設置厚壁設置24濾網、通風孔、打孔板的建模尺寸孔的形狀與大小孔的間距直接定義開孔率25風扇的建模定義風扇旋轉模擬風扇失效風扇功耗GvDpGvmaxDp0風扇的工作點系統(tǒng)阻抗26PCB板的建模PCBSmartPart不考慮平面?zhèn)鲗У谋“迥Ｐ腿婵紤]三個方向的熱傳導直接確定含銅量直接定義重量分層定義含銅量各向異性的立方體27芯片建模搭建幾何結構（復雜程度隨考慮細致程度變化） (簡單) (復雜)雙熱阻模型（較簡化）熱阻網絡模型（較復雜）28TopinnerTopouterPhysicalLeadsLeadsJunctionBotinnerBotouterStand-offStand-offSideCJBRjbRjc散熱器的建模29導熱膠與導熱墊片的建模30導熱膠與導熱墊片的建模31方法一用薄板建模方法二定義表面熱阻方法三軟件自帶數據庫材料定義32材料定義332)使用庫；1)直接定義；功耗定義34固定溫度固定熱流量固定總功耗焦耳發(fā)熱體積\面積熱流熱功耗隨溫升變化熱功耗隨時間變化ThermalAttributionThermalAttribution設定監(jiān)控點35Step1：選定要監(jiān)控的元件Step2：點擊monitorpoint監(jiān)控點生成，默認位置為選定元件的幾何中心也可以不選擇元件，直接建立監(jiān)控點并把位置設置到關心的地方網格定義3636求解器設置37設置求解方式設置迭代次數附加選項錯誤檢查與初始化錯誤檢查Error：DataerrorinterruptingsolutionWarning：flagssetupproblemssuchasincorrectlocationofboundaries,e.g.afandetectedinsideablockInformation：purelyinformational,e.g.objectencounteredoutsidethesolutiondomain初始化38收斂監(jiān)控39殘差曲線監(jiān)控點后處理

---Table表格40后處理

---VisualEditor圖形化結果輸出41FloTHERM項目的導入導出42可以導入＼導出的項目(Project)文件PDML文件:只包括模型文件,不包括計算結果Pack文件:包括計算結果的模型文件可以導入＼導出的部件(Assembly)文件AssemblyPDML：只包括模型的某部件模型ProjectPDML：包括整個項目模型及其網格、求解設定OtherIssuesMeshImprovementImportModelsIntroductionofcommandcenterIntroductionofLibrary43MeshImprovement44網格的密度增加，能得到更為詳細的解。代價：

內存使用量計算時間目標：網格獨立解網格局域化45選中某物體加網格約束局部化支持多層嵌入式網格,可以進行不限層數的局部加密。ImportEDAModels46完全兼容業(yè)界通行的IDF格式文件支持EDA軟件：IDF2.0IDF3.0CADENCEMENTORGRAPHICSZUKENPowerPCB等等大大簡化復雜PCB模型的建模ImportCADModels47FLO/MCADACIS(SAT)FLOTHERMIGESSTLSATSTEPProE-prtasmCATIASolidWork雙向的導入\導出IntroductionofCommandcenter48

DOE(DesignonExperiments)實驗設計由軟件或用戶安排N種設計方案,軟件自動進行包括模型生成、網格劃分和求解的批處理

SO(SequentialOptimization)自動順序尋優(yōu)用戶給定可變參數區(qū)間和優(yōu)化目標權重，軟件自動尋找最優(yōu)方案CommandCentre運用兩者的結合兩個優(yōu)化量，一個二維的變化區(qū)間無數種方案首先找出N種DOE方案,達到最優(yōu)覆蓋率進行DOE計算，找出DOE最優(yōu)解從DOE最優(yōu)解出發(fā)，尋找SO最優(yōu)解最后找出局部最優(yōu)解DOESOSODOEFloTHERM