什么是熱仿真分析，你知道嗎？
最近的你是不是有同樣的感受
那就是
熱?熱?熱?熱?熱?熱?
其實(shí)產(chǎn)品和我們?nèi)艘粯?，也是?/span>“熱”的。比如我們身邊常見的手機(jī)、電腦、冰箱、汽車等等。如果在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初沒考慮到，則會(huì)出現(xiàn)散熱不均，過熱等問題，輕則影響產(chǎn)品使用，重則會(huì)出現(xiàn)安全事故。
那么重點(diǎn)來了！產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初是如何進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，這就涉及到我們常說的熱仿真分析。今天這篇文章將給你講明白什么是熱仿真分析，通過實(shí)例告訴你熱仿真在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中是如何應(yīng)用的。
什么是熱仿真？
熱仿真是通過建立數(shù)學(xué)模型，模擬物體或系統(tǒng)在加熱或冷卻過程中的溫度分布和熱傳遞現(xiàn)象，從而預(yù)測(cè)和分析其熱行為。這種技術(shù)基于流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本物理定律，通過數(shù)值計(jì)算和圖像顯示等方法來評(píng)估和優(yōu)化熱設(shè)計(jì)方案。
熱仿真原理
熱仿真的本質(zhì)是求解一系列方程組，這些方程組根據(jù)質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定理和能量守恒定律推導(dǎo)出來。具體來說，仿真軟件將連續(xù)空間劃分為許多小塊，每個(gè)小塊相當(dāng)于一個(gè)控制體，控制體內(nèi)的質(zhì)量增加率等于流入質(zhì)量速率減去流出質(zhì)量速率。同樣地，動(dòng)量的增加率等于動(dòng)量的流入減去動(dòng)量的流出再加上凈力。而內(nèi)部能量變化率則等于流入熱量加上流入的總焓減去輸出功和流出的總焓。
在仿真過程中，軟件會(huì)先將整個(gè)產(chǎn)品求解區(qū)域割裂成多個(gè)控制體，然后在相鄰控制體之間構(gòu)建耦合關(guān)系。求解時(shí)，軟件依據(jù)初始化的數(shù)值進(jìn)行耦合計(jì)算，物理量在滿足上述定律的前提下逐個(gè)傳遞，當(dāng)傳遞至邊界時(shí)，利用已知的邊界條件校驗(yàn)數(shù)值誤差并調(diào)整初值，直至計(jì)算結(jié)果收斂。
此外，熱仿真還涉及到熱量傳遞的三種基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。這些傳遞方式分別對(duì)應(yīng)不同的仿真方法和應(yīng)用場(chǎng)景，如電子設(shè)備內(nèi)部的熱傳導(dǎo)、汽車工程中的流體流動(dòng)仿真和建筑設(shè)計(jì)中的熱輻射仿真。
熱仿真分析步驟
熱仿真分析流程包括多個(gè)步驟，從建模、設(shè)定參數(shù)、劃分網(wǎng)格到求解計(jì)算和結(jié)果輸出等。具體介紹如下：
建模：建模有兩種方法，一種是使用FLoMCAD將外部模型導(dǎo)入Flotherm中，適用于復(fù)雜模型的建模；另一種方法是使用Flotherm主界面的智能元件進(jìn)行建模，這種方法建立的模型在后期的材料及功耗賦予和網(wǎng)格劃分時(shí)更加方便。
輸入?yún)?shù)：輸入?yún)?shù)包括材料參數(shù)、功耗參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。對(duì)于材料參數(shù)，可以建立一個(gè)Assembly，將相同材料的器件放在同一個(gè)Assembly里面，只需設(shè)定材料參數(shù)即可；功耗參數(shù)需要單獨(dú)設(shè)置，而環(huán)境參數(shù)可以直接選用Flotherm庫(kù)中的不同海拔和溫度的參數(shù)。
劃分網(wǎng)格：劃分網(wǎng)格是決定仿真準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟?？梢允褂?/span>Flotherm中的Volume Region進(jìn)行合理的局域化網(wǎng)格劃分，使得重點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)格更密，從而減少計(jì)算量并提高精度。
求解計(jì)算：求解計(jì)算的時(shí)間取決于網(wǎng)格數(shù)量和電腦性能。通過優(yōu)化網(wǎng)格減少網(wǎng)格數(shù)量可以有效縮短計(jì)算時(shí)間。
輸出結(jié)果：輸出結(jié)果包括溫度、速度、壓力、粒子流等數(shù)據(jù)。在Flotherm中，可以使用EV錄屏等第三方軟件來生成任意時(shí)長(zhǎng)的視頻輸出。
優(yōu)化方案：在分析了仿真結(jié)果后，通常需要進(jìn)行一些優(yōu)化，如散熱器齒片的優(yōu)化或更換風(fēng)扇等。在Flotherm的Command Center模塊中，可以快速修改參數(shù)并進(jìn)行多方案計(jì)算，以減少優(yōu)化階段所需時(shí)間。
熱仿真對(duì)熱設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，主要體現(xiàn)在以下方面：
確定散熱方式是否合理
對(duì)不同的散熱方案進(jìn)行篩選，選取最優(yōu)的散熱方案
優(yōu)化結(jié)構(gòu)
散熱部件的選型，比如風(fēng)扇，熱管，散熱器等
