Flotherm有限元软件在电子热分析的瞬态分析总结

背景介绍

有限元软件Flotherm在电子散热分析中，通常以稳态（SteadyState）结果作为分析依据，在此状况下可以观察到整个模型热场流场稳定后的结果。如需观察温度随时间变化的曲线图，则必须设定随时间变化的热源（TransientAttribute）、瞬时时间网格（TransientGrid），以便观察各时间点整体计算区域的热量传递速度及流体扰动状态。

Flotherm热仿真软件作为全球第一款专门针对电子器件/设备热设计而开发的仿真软件，Flotherm可以实现从元器件级、PCB板和模块级、系统整机级到环境级的热分析。Flotherm软件自1989年推出以来就一直居于市场领导地位（市场占有率高达70%）并引领该行业的技术发展。其研发人员是全球最早开始研究CFD理论的科研人员，也是最早一批将传统的CFD仿真技术工程化的技术先驱。

深圳市有限元科技有限公司是Flotherm软件在中国的一级代理商，并代理国外其他多款cae软件，有限元科技是以工程仿真软件开发为核心，集cae咨询、cae培训、cae软件研发与销售为一体的高科技企业。公司秉承以最高质量的产品和最高质量的服务满足客户的各种需求的服务理念，致力于为客户提供一站式cae整体解决方案，目前已为全国超过500家企业提供cae分析服务。如需购买cae软件或咨询服务请联系电话：13632683051，咨询QQ：2039363860/4006046636。

今天，有限元科技小编为您分享的是有限元软件Flotherm的瞬态分析终结。

项目分析

一块300mW的IC，功率线性上升，在30s的时间内，温度随时间变化的情况，如下图所示：

图1IC温度随时间变化图

 操作模块介绍

 1、Summary模块介绍

图2Summary模块

 Summary模块主要是对时间网格的计算统计。包括最小时间步的大小和位置信息，可以用来检查已经加载可重要瞬态边界条件的详细时间步。其中NumberofSteps用来控制整个求解过程中时间步的数量，Size和localize可以设定最小时间步的大小和位置，进行细部控制，并进一步控制瞬态边界条件。本项目设置如图。

 在此列举两个周期性的例子：风扇的开启和关闭、电池的消耗与充电。

 2、OverallTransient模块介绍

 在这个模块，主要涉及瞬态分析总时间（TotalTransientTime）、瞬态分析周期（TransientSolutionPeriod）和最小允许时间步（KeypointTolerance）这三个指令。

 TotalTransientTime为瞬态分析计算用的总时间；TransientSolutionPeriod是对瞬态分析总时间的划分，分为若干个周期，用来对计算数据进行分段记录。例如：假设总时间为12个小时，每两个小时为一个周期，那么在TotalTransientTime中将设置为StartTime=0，EndTime=12，在TransientSolutionPeriod中设置Duration=2，它的StartTime默认为0，当一个周期结束后，StartTime自动变为2，依次类推。KeypointTolerance为最小允许时间步，Keypoint位于每一时步的起始时间和结束时间，以形成时间网格。

 3、TimePatches模块介绍

图3TimePatches模块

 TimePatches译为时间的补丁，主要有三个地方需要设置。StartTime和EndTime主要用来设定瞬态求解的开始时间与结束时间；NumberofStepsControl用来定义每个时间段的密度，有AdditionalSteps、MinimumNumber、MaximumSize三种形式；TimeStepDistribution主要定义时间步的创建方式，Index的含义是当时间网格间距选择increase或decrease的形式建立时，时间网格间隔数的幂次在此设定。

 其中Uniform用来创建相等持续时间的时间步；IncreasingPower用来创建递增的时间步，时间步会随着时间的推移而变长；DecreasingPower用来创建递减的时间步，时间步会随着时间的推移而变短；SymmetricPower主要创建以中间时间为对称，先递增再递减的时间步。

 4、SaveTimes模块介绍

 SaveTimes模块中，EveryNthStep为正整数，用来定义保存数据时间步之间的间隔。例如，一组8步的时间步，如果EveryNthStep定义为2，那么数据保存分别在1st3st5st7st步进行保存。具体可以在输入数值后，点击Populate，进行信息植入。

图4SaveTimes模块

 此外，Value为定义保存数据的时间步，点击Add，可将保存的数据植入到列表中。

 5、TransientFunction模块介绍

 此处用来设定瞬态函数，即零部件的发热量随时间变化的函数。

图5定义瞬态函数

 总结

 通过本案例，总结出了使用Flotherm解决瞬时问题时，需要的注意事项如下：

 1、必须设定材质的密度（Dendity）和比热（SpecificHeat）。因为通常稳态的求解案例中，因为其密度及比热不随时间而变化，可以忽略不设定，但是瞬态求解案例，就必须要设定了。

 2、时间网格（TransientGrid）的设定：Flotherm是一款自动网格系统热流仿真软件，当设定瞬时热源后，软件本身会自动设定其时间网格，所以在求解瞬时问题时，可以先设定瞬时热源再设定时间网格。

 3、通常瞬态求解时，靠近开始时间的时步设定较小，网格需要划得密一些；而靠近结束时间段时，逐渐趋于稳态，时间网格可划得较为稀疏，所以TimeStep的型式中，选择power-law选项中的increasingpower是较为理想的方法。

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