FloTHERM-基础培训教程PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,FloTHERM Basic Training,Xu Lei,(,徐磊,),Mechanical Analysis Division,Mentor Graphics-Mechanical Analysis Division,（,MAD,）介绍,2,Mentor Graphics MAD,，,即过去,Flomerics,公司，,Flomerics,是成立于,1988,年的全球第一家专业从事电子散热仿真的公司,总部：,英国伦敦,研发中心：,伦敦、波士顿、硅谷圣迭戈、法兰克福、布达佩斯、莫斯科、班加罗尔,分公司：,英国、美国、俄罗斯匈牙利、法国、德国意大利、瑞典、日本中国、印度、新加坡,代理商：,以色列、韩国、日本、台湾、澳大利亚、巴西,Mentor Graphics MAD,主要产品,散热仿真软件,嵌入,CAD,的工程流体动力学,/,传热仿真软件,-,FloEFD,高级热测试仪,3,Contents,L1,Introduction of Electronics cooling,L2,Basic theory of CFD,L3,Introduction of FLOTHERM,L4,Basic theory of using FLOTHERM to do simulation,L5,Build,solve and analyze a simple case,L6,Model popular electronics component,L7,Do a good grid,L8,Diagnose solution Problems,L9,Import your CAD model to do CFD simulation,Contents Contd,L10,Model refinement,L11,Further refinement:solid temperature,L12,Extending the solution domain and tools for grid,L13,Cooling techniques:fans and heat sinks,L14,Introduction of command center,L15,Introduction of IC package,L16,Build a detail or compact chip model,L17,Do a good post process,L18,Use FLOTHERM to optimize your design,电子设备的发展趋势,6,1.,热耗上升化,2.,设备小巧化,3.,环境多样化,过热,-,电子产品故障的首要原因,7,(,Source:US Air Force Avionics Integrity Program),Figure 2:Major Causes of Electronics Failures,图2：电子产品故障主要原因,资料来源：美国空军航空电子整体研究项目,55%温度,20%振动,6%粉尘,19%潮湿,Figure 1:Junction Life Statistics,(,Source:GEC Research),图,1,：结点寿命统计,故障率（10万小时）,资料来源：,GEC,研究院,发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大问题之一,(强度与振动、散热、电磁兼容,),热设计的基本要求,满足设备可靠性的要求,满足设备预期工作的热环境的要求,满足对冷却系统的限制要求,8,热设计工程师,与,EE,ME,Layout,等项目相关人员紧密配合，力求提高产品各方面性能并降低成本,了解散热性能的方法,实验研究,优点：直观，可靠,缺点：昂贵，周期长,数值仿真,(CFD),优点：周期短，成本低，,限制：数学模型的适用程度,9,了解散热性能的数值方法,:,CFD(,C,omputational,F,luid,D,ynamics),仿真的基本思想,CFD,的基本思想是把原来在时间域和空间域上连续的物理量的场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。,10,1D,0,1,2,f1,f2,2D,(1,1),(0,1),(1,0),(2,1),(1,2),f1,f2,f3,f4,3D,热仿真基本理论,-,传热的三种基本方式,导 热,Fourier,定律：,对 流,Newton,冷却定律：,辐 射,Stefan-Bolzman,定律：,11,热仿真基本理论,-,控制方程,能量守恒方程,动量守恒方程,质量守恒方程,12,T,1,m,1,T,2,m,2,Hot component,Q,1,2,p,1,V,1,p,2,V,2,速度大，则压力小，速度小，则压力大,1,2,V,1,A,1,V,2,A,2,A,1,V,1,=A,2,V,2,FLOTHERM,软件介绍,全球第一个专门针对电子散热领域的,CFD,软件,通过求解电子设备内外的传导,对流,辐射，从而解决热设计问题,据第三方统计，在电子散热仿真领域，,FloTHERM,全球市场占有率达到,70%,据我们的调查，,98%,的客户乐意向同行推荐,FloTHERM,13,FloTHERM,软件主要模块,14,FloTHERM,软件,FloTHERM,核心热分析模块,简单的建模方式：节省建模时间,笛卡尔网格：加快计算速度,集成的经验公式：加速计算并保证准确度,Visual Editor,结果动态后处理模块,简单的操作：节省后处理时间,丰富的结果表现形式：方便项目人员的协作沟通,Command Center,优化设计模块,先进的优化算法：保证优化结果的可靠性,目标驱动的自动优化设计：减少工程师的工作量,FloMCAD.Bridge,CAD,软件接口模块,支持多种模型格式：适用范围广泛,方便的操作：缩短建模时间,FloEDA,EDA,软件高级接口,支持多种,EDA,格式：方便电子工程师与热工程师协同工作,包含走线、器件参数、过孔等详细信息的模型读入：保证模型准确性,准确的模型简化方法：保证结果准确度的同时减少计算时间,FloTHERM.Pack,标准,IC,封装模型库,丰富的,IC,模型：方便下载以减少建模时间,欧盟资助的生成模型算法：保证模型准确度,FloTHERM,使用流程,15,Pre-Processing,Modeling,Meshing,Boundary conditions,Initial conditions,Sources,Material properties,Physical models,Solver,Monitoring,FloTHERM,使用流程,16,Post-Processing,Temperature Profile,Speed Vector,Command center,优化,Different Cases,Solve Progress,A simple case,FloTHERM,基础介绍,FloTHERM,仿真的基本操作和流程,电子设备常见原件的建模,网格划分,求解监控与后处理,17,FloTHERM,用户界面介绍,18,Project Manager,项目管理器,提供树状结构的几何体和模型数据管理,Drawing Board,（模型）绘图板,提供创立和修改几何模型的简易界面，面向对象的建模技术，专业针对电子热分析的参数化模型，完全三维,CAD,风格,FloTHERM,用户界面介绍,19,Table,数据表窗口,提供输入输出参数的数据表输出,Visual editor,图形输出窗口,提供结果的图形动态输出,FloTHERM,文件结构,20,库文件区,项目文件,索引文件,FloTHERM,文件结构,21,首先,FLOTHERM,软件借助四个目录管理文件管理每个项目文件,千万别去尝试去修改项目文件中名中的数字串,项目文件夹,定义一个新项目,定义项目名称,定义散热环境以及散热方式,定义求解域,22,太阳辐射的定义,设置：,设备的纬度,工作日期,工作时辰,云遮当比,设置：,被照射表面的反射率,23,机箱的建模,薄壁设置,不考虑平面方向的热传导,薄还是厚？,各面单独定义：,厚还是薄？,开口不开口？,薄壁设置,厚壁设置,厚壁设置,24,滤网、通风孔、打孔板的建模,尺寸,孔的形状与大小,孔的间距,直接定义开孔率,25,风扇的建模,定义风扇旋转,模拟风扇失效,风扇功耗,G,v,D,p,G,vmax,D,p,0,风扇的工作点,系统阻抗,26,PCB,板的建模,PCB SmartPart,不考虑平面传导的薄板模型,全面考虑三个方向的热传导,直接确定含铜量,直接定义重量,分层定义含铜量,各向异性的立方体,27,芯片建模,搭建几何结构（复杂程度随考虑细致程度变化）,(,简单,)(,复杂,),双热阻模型（较简化）,热阻网络模型（较复杂）,28,Top inner,Top outer,Physical Leads,Leads,Junction,Bot inner,Bot outer,Stand-off,Stand-off,Side,C,J,B,R,jb,R,jc,散热器的建模,29,导热胶与导热垫片的建模,30,导热胶与导热垫片的建模,31,方法一,用薄板建模,方法二,定义表面热阻,方法三,软件自带数据库,材料定义,32,材料定义,33,2),使用库；,1),直接定义；,功耗定义,34,固定温度,固定热流量,固定总功耗,焦耳发热,体积,面积热流,热功耗随温升变化,热功耗随时间变化,Thermal Attribution,Thermal Attribution,设定监控点,35,Step1,：选定要监控的元件,Step2,：点击,monitor point,监控点生成，默认位置为选定元件的几何中心,也可以不选择元件，直接建立监控点并把位置设置到关心的地方,网格定义,36,36,求解器设置,37,设置求解方式,设置迭代次数,附加选项,错误检查与初始化,错误检查,Error,：,Data error interrupting solution,Warning,：,flags set up problems such as incorrect location of boundaries,e.g.a fan detected inside a block,Information,：,purely informational,e.g.object encountered outside the solution domain,初始化,38,收敛监控,39,残差曲线,监控点,后处理,-Table,表格,40,后处理,-Visual Editor,图形化结果输出,41,FloTHERM,项目的导入导出,42,可以导入导出的项目,(Project),文件,PDML,文件,:,只包括模型文件,不包括计算结,果,Pack,文件,:,包括计算结果的模型文件,可以导入导出的部件,(,Assembly,),文件,Assembly PDML,：,只包括模型的某部件模型,Project PDML,：,包括整个项目模型及其网格、求解设定,Other Issues,Mesh Improvement,Import Models,Introduction of command center,Introduction of Library,43,Mesh Improvement,44,网格的密度增加，能得到更为详细的解。,代价：,内存使用量,计算时间,目标：,网格独立解,网格局域化,45,选中某物体,加网格约束,局部化,支持多层嵌入式网格,可以进行不限层数的局部加密。,Import EDA Models,46,完全兼容业界通行的,IDF,格式文件,支持,EDA,软件：,IDF2.0,IDF3.0,CADENCE,MENTOR GRAPHICS,ZUKEN,PowerPCB,等等,大大简化复杂,PCB,模型的建模,Import CAD Models,47,FLO/MCAD,ACIS,(SAT),FLOTHERM,IGES,STL,SAT,STEP,ProE-prt asm,CATIA,SolidWork,双向的导入,导出,Introduction of Command center,48,DOE(Design on Experiments),实验设计,由软件或用户安排,N,种设计方案,软件自动进行包括模型生成、网格划分和求解的批处理,SO(,Sequential Optimization,),自动顺序寻优,用户给定可变参数区间和优化目标权重，软件自动寻找最优方案,Command Centre,运用两者的结合,两个优化量，一个二维的变化区间,无数种方案,首先找出,N,种,DOE,方案,达到最优覆盖率,进行,DOE,计算，找出,DOE,最优解,从,DOE,最优解出发，寻找,SO,最优解,最后找出局部最优解,DOE,SO,SO,DOE,FloTHERM Library,49,库内容：,PC,机箱,芯片库,PCB,库,风扇库,滤网，打孔板库,散热器库,接触材料,(,导热垫片,),材料库,网格,流体,工况,辐射属性,阻尼,热源,瞬态函数,计算模型,支持双向的导入导出,www.,.com,-,基于互联网的,IC,封装数据库,50,51,在预定义的菜单式界面输入简单的最基本数据（如：管脚数目、外形尺寸、热功耗），快速生成一致的模型,可详细定义更多封装内部结构数据获得特殊封装模型,提供可靠的精确模型和简化模型（与环境无关）,www.,.com,-,基于互联网的,IC,封装数据库,全球主要散热技术和产品供应商,全面支持,FLO,THERM,软件,52,-,全球,FloTHERM,软件用户的免费数据库,本网站由,Flomerics,公司创建并邀请各大散热产品供应商不断更新仅用于,FLOTHERM,与平台的原件模型,各大散热产品厂商各自的网站上通常也有,FloTHERM,仿真模型库,Cases of Alcatel-sbell,NALT-E,NPOT-B,53,Thanks!,54,Mentor Graphics Mechanical Analysis Division,中国代表处,中国 上海 南京西路,555,号,506/507,室,电话：,021-62150596 62157100,Email:info,