FloTHERM優化電子設備熱設計

　　一、概述

　　FloTHERM是一款強大的應用于電子元器件以及系統熱設計的三維仿真軟件。在任何實體樣機建立之前，工程師就可以在設計流程初期快速并簡易地創建虛擬模型，運行熱分析以及測試設計更改。FloTHERM采用先進的CFD(計算流體力學)技術，預測元器件、PCB板以及整機系統的氣流、溫度和傳熱，如圖1所示。

　　不同于其他熱仿真件，FloTHERM是一款專為各類電子應用而打造的分析工具，其應用行業包含：

　　◎電腦和數據處理;

　　◎電信設備和網絡系統;

　　◎半導體設備，集成電路(ICs)以及元器件;

　　◎航空和國防系統;

　　◎汽車和交通運輸系統;

　　◎消費電子。

　　FloTHERM以專業、智能和自動而著稱，區別于其他傳統分析軟件。這些功能可協助熱設計專家們將產能最大化，幫助機械設計工程師將學習過程減到最少，并為客戶提供分析軟件行業最高比率的投資回報率。

　　在中小型企業，一年時間，投資FloTHERM所帶來的收益就是投資成本的數倍，公司規模越大，成本回收的速度越快。用戶可以從以下方面體驗到使用FloTHERM解決電子熱設計問題所帶來的驚人利益：

　　◎生產硬件前解決熱設計問題;

　　◎減少重新設計工作，降低每單位產品成本;

　　◎增強可靠性和提高整體的工程設計程度;

　　◎顯著地縮短上市時間。建模功能#e#二、建模功能

　　1.SmartParts

　　FloTHERM軟件提供了專門應用于電子設備熱分析的參數化模型創建宏(SmartParts)，能夠迅速、準確地為大量電子設備建模。SmartParts技術應用范圍：散熱器、風扇、印刷電路板、熱電冷卻器、機箱、元器件、熱管、多孔板和芯片。

　　SmartParts器件凝聚了Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division 20多年來在電子冷卻建模領域的經驗，旨在提高建模效率，最小化求解時間，并最大化結果的精準度。

　　主要功能包括：

　　◎SmartParts完整集群(參數化模型創建宏);

　　◎多級SmartParts器件(同一項目可提供簡約模型和詳細模型);

　　◎資源管理器樣式的項目管理器，配備拖放功能;

　　◎CAD風格、鼠標繪制圖板以及拖放功能創建和操作模型;

　　◎多重嵌入式局域化網格，在確保計算精度的同時大大提高計算效率和處理復雜結構的能力;

　　◎模型庫包含數千種器件和基本形體的FloTHERM模型，如風扇、鼓風機、元器件、散熱器、材料和熱界面材料等;

　　◎與物體相關聯的網格模式使建模和網格生成一步完成。

　　2.智能的MCAD與EDA接口

　　FloTHERM擁有業內最優秀的MCAD和EDA(Electronics Design Automation，電子設計自動化)接口。FloTHERM不僅可兼容Pro/ENGINEER、Solidworks、CATIA以及其他主流MCAD軟件數據，還支持模型的導入和導出。另外，FloTHERM的EDA接口不但支持EDA軟件的IDF格式PCB板模型導入，還可直接通過接口讀入Allegro、Board Station以及CR5000等軟件的走線、器件參數以及過孔等詳細模型。

　　3.網格

　　FloTHERM采用正交網格技術——當今最穩定的高效數值求解網格技術，同時采用先進的非連續嵌入式網格和Cut Cell網格切割技術。局域化網格功能可在需要時進一步細化網格，將求解時間縮至最短。

　　FloTHERM軟件配有專門針對于電子散熱行業的半自動網格技術。FloTHERM網格與SmartParts緊密關聯，網格生成在FloTHERM中處理為建模的一個步驟，用戶可控制網格細化程度。該技術直觀簡潔，滿足了工程師專注于設計的需求。

　　操作傳統CFD軟件需要大量時間和專業技術，相反，FloTHERM網格生成快捷，網格質量穩定。同時，FloTHERM是惟一一款使用與物體相關聯的網格模式的分析軟件，避免了模型修改時重新生成網格。

　　三、求解器和優化設計

　　1.參數化分析和優化

　　基于SmartPart的建模和結構化笛卡爾網格使得FoTHERM模型可采用DOE試驗設計(Design of Experiments，DOE)技術。試驗設計是一種決定設計參數(如散熱器翅片個數和通風孔位置等)和結果(如元器件溫度和風扇流量等)之間關系的結構化方法。FloTHERM采用DOE技術后，在原始模型基礎上改變設計變量，求解大量不同參數的模型，有效地協助用戶探索廣泛的設計空間。這為對比不同設計參數模型的分析結果提供了重要信息，從而盡量減少需要求解的模擬模型，同時，這也為采用功能強大的響應面優化設計法和順序優化法奠定了基礎。DoE優化設計，根據用戶設計的方案，自動計算選優。

　　FloTHERM通過計算所有相關結果的響應面而擴展了這個優化功能。響應面法優化(RSO)是從DOE結果中分離出來的數值方程，實時評估設計空間內任意位置的熱設計方案。用戶可將實時二維和三維云圖與響應面結構結合，通過滑動標尺設置設計參數數值。響應面也完全支持用戶自定義成本函數的數學最優化，不需要求解額外實例，就可評估最優求解方案。

　　同時也可執行成本函數的自動循序優化(SO)。這種基于梯度的方法將對原始模型不同變量建立新模型并對之運行求解，這種方法能夠無誤地選出并確定最優熱設計求解方案。循序優化可幫助理解設計約束(如最高元件溫度)，并將這些信息包含在軟件自動選取的最優方案中。如圖2所示。