系统级电子热仿真解决方案
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速度快
模拟环境越来越逼近真实
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November 15, 2017
Release 14.0
电子热设计中仿真应用概览
• 现代雷达、电子干扰技术的发展和产品研制周期的 缩短
• 传统经验式的热设计手段已越来越制约相关设备冷 却技术的发展 • 冷却系统在研制设计过程中亟需提高分析和解决实 际问题的能力 航天及机载等恶劣环境条件下雷达发射机的热设计 仿真
后处理
Contours Vectors Streamlines
Geometry Parameters
Domain Shape and Size
Viscous/Radiation Model Boundary Conditions
Numerical Scheme Release 14.0
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相控阵雷达阵面风冷系统
液冷系统温场 。。。。。。
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November 15, 2017
Release 14.0
CFD技术——流体/热工业仿真解决方法
CFD（ Computational fluid dynamics ）技术是通过计算机来求解流动、 传热等控制方程来获得流场信息的一种仿真方法
Release 14.0
热——电子设备运行的关键问题
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电子器件的故障与其 工作温度有密切关系
对温度最为敏感的: 大量使用的半导体器 件和微电路,故障率随 温度的增加而指数地 上升
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Release 14.0
电子热设计方法
• 热源处理
系统级电子热仿真解决方案
14. 0 Release
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Release 14.0
内容梗概
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电子散热仿真的工程背景
系统级热仿真案例 ANSYS 系统级电子散热产品方案
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15, 2017 InitialNovember Conditions
内容梗概
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电子散热仿真的工程背景
系统级热仿真案例 ANSYS 系统级电子散热产品方案
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November 15, 2017
Release 14.0
通信机箱散热分析
流道设计
展示目的: Icepak内置有系统 级模拟常用的简化电子散热 器件模型（如格栅、风扇 灯），设置更简单！
顶端支撑和分流器：
方孔 - 321 排列
Exhaust
Cards Region
底端支撑和分流器：方孔 -321 排列3个风扇9 © 2011 ANSYS, Inc. November 15, 2017
Inlet
Release 14.0
分流器的设计 简化Grille模型 vs 实际模型
Icepak提供了多种模拟格栅/孔板的 方法 – 实际建模。多孔排列 – 等效的带有流动阻力的平面Grille模型 – 比较不同的结果
方孔 - 321
风扇 进口
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分流器模型的比较 简化Grille模型 vs 实际模型
Grille : 简化的一个带有阻力的平面 321 方孔排列
风速的大小与分布都不尽相同
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简化风扇模型和真实风扇模型的比较
MRF 较强的旋流 – 因此垂直速度较小
简化模型 真实风扇
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计算机机箱散热设计
分析目的 • 对比不同的散热设计方案 • 找寻散热设计方案的不足
• 设计师的关注点：
– 检查热点 – 计算风扇操作点 – 检查散热通道 – 是否有回流/短路？
V dA dA S dV dV t V A A V
瞬态项 对流项 扩散项
Control Volume*
求解方程 质量守恒方程 x方向动量方程 y方向动量方程 能量方程
源项
1 u v h
几何
Select Geometry
物理
Heat Transfer ON/OFF Ideal gas/Incompressible? Flow properties
降额使用 特种元器件温度补偿与控制 合理设计印制电路板结构 热阻处理
依据在哪？
• 元器件的合理布局可减小热阻 散热装置 • 降温处理 等温处理 控温处理
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CFD技术——与热测试并驾齐驱的热设计 手段
网格
Hex Unstructured/HDM Stair Step
求解
Steady/ Unsteady Iterations/ Steps Convergent Limit Precisions(single/ double)
数值报告
Monitor Plots
XY Plot Overall Report Customized Report
某剖面位置处的速度矢量显示风扇处存在局部回流， 而且，一部分风量从热沉侧面短路逃逸，没有对电 子器件进行有效散热
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Release 14.0
回流
• 回流经常导致较高的进口温度和较 高的器件温度 • 为了模拟真实环境，此机箱被放置 在机架上重新进行了模拟 • 机架只构建出一小部分 • 假设计算机置于机架顶端 • 侧面有两根导轨 • 结果 • 存在较严重的回流 • 最大温度有明显变化 • 此模型中最大温度为128 • 原始模型的温度约113 ℃
展示目的: Icepak可以处理曲 面等复杂几何结构，也可以 进行方案对比和设计优化， 非常适合于复杂系统的热设 计！
原始设计方案
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Release 14.0
原始模型，环境温度 20 o C
温度云图
回流
某剖面处的速度矢量
温度云图中可以观察到模型中的热点。最大温度在 CPU处，约113℃。主板和QFP处温度较高
惯性导航系统电子设备热仿真研究
Ａｅｏ ａ ｔ ｓ ｎ ｔ ｎ ｕ ｉ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ） ｒｎ ｕ ｉ ｄＡｓｒ ａ ｔ ｓ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ ｃａ ｏ ｃ ｊ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ａ ｅ ｓ ｄｔ ｅｔ ｒ ａ ｎ ｌ ｓｓｓ ｆｗａ ｅ （ ｏ ｈ ｒ ）ｂ ｓｄ ｏ ｅｐ ｐ ｒｕ ｅ ｈ ｈｅｍ ｌ ａ ｙ ｉ ｏ ｔ ｒ Ｆｌｔ ｅ ｍ ａ ａ ｅ ｎ ＣＦＤ Ｏ ｔ ｅ ｍａｌ ｉ ｌｔ ｈ ｌｃｒ ｎｃｅ ｔ ｈ ｒ ｌ ｓｍｕ ａｅｔ ｅｅｅ ｔｏ ｉ — ｙ
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电源模块化设计及热仿真
电源模块化设计及热仿真电源模块化设计及热仿真电源对于现代电子设备的正常运行至关重要。
为了提高电源的效率和可靠性，电源模块化设计成为一种趋势。
本文将讨论电源模块化设计的优势，并介绍热仿真在电源设计中的应用。
电源模块化设计的优势在于它能够提高系统的可靠性和灵活性。
传统的电源设计通常是将所有功能集成在一个电路板上，这使得维修和升级变得困难。
而采用模块化设计，不同功能的电源可以设计和制造，并可以根据需要进行组合。
这样一来，如果某个模块出现故障，只需要更换该模块而不需要整个电源系统都进行维修。
此外，模块化设计还能够简化电源的布局和散热设计，提高了系统的可靠性和稳定性。
热仿真在电源设计中的应用也非常重要。
由于电源的工作状态通常会产生大量的热量，合理的散热设计对于电源的长时间稳定工作至关重要。
热仿真可以通过计算电源的热传导和热辐射，帮助设计师确定散热器的尺寸和材料。
通过热仿真，设计师可以在设计阶段就发现潜在的热问题，并采取相应的措施来解决这些问题，从而提高电源的可靠性和稳定性。
为了进行热仿真，设计师通常使用热仿真软件来模拟电源的热行为。
这些软件通常基于有限元方法或计算流体力学方法，可以对电源的热分布、温度梯度和热传导进行准确的计算。
通过热仿真软件，设计师可以快速评估不同散热器的性能，并选择最优的散热方案。
综上所述，电源模块化设计和热仿真在电源设计中起着重要的作用。
模块化设计可以提高电源系统的可靠性和灵活性，而热仿真则可以帮助设计师解决散热问题，提高电源的性能和稳定性。
在未来的电源设计中，我们可以期待更多的创新和发展，以满足不断增长的电子设备需求。
FloTHERM优化电子设备热设计
FloTHERM优化电子设备热设计FloTHERM作为电子行业热分析软件的市场领导者，拥有相当广泛的用户群。
很多公司都喜欢使用FloTHERM进行热传-流动分析，并对投资回报率信心十足。
在最近的一次调查中显示，98%的用户愿意向同行推荐FloTHERM，本文将详细介绍FloTHERM是如何帮助各行业的企业解决其所面临的热管理问题的。
一、概述FloTHERM是一款强大的应用于电子元器件以及系统热设计的三维仿真软件。
在任何实体样机建立之前，工程师就可以在设计流程初期快速并简易地创建虚拟模型，运行热分析以及测试设计更改。
FloTHERM采用先进的CFD(计算流体力学)技术，预测元器件、PCB板以及整机系统的气流、温度和传热，。
不同于其他热仿真件，FloTHERM是一款专为各类电子应用而打造的分析工具，其应用行业包含：◎电脑和数据处理;◎电信设备和网络系统;◎半导体设备，集成电路(ICs)以及元器件;◎航空和国防系统;◎汽车和交通运输系统;◎消费电子。
FloTHERM以专业、智能和自动而著称，区别于其他传统分析软件。
这些功能可协助热设计专家们将产能最大化，帮助机械设计工程师将学习过程减到最少，并为客户提供分析软件行业最高比率的投资回报率。
在中小型企业，一年时间，投资FloTHERM所带来的收益就是投资成本的数倍，公司规模越大，成本回收的速度越快。
用户可以从以下方面体验到使用FloTHERM解决电子热设计问题所带来的惊人利益：◎生产硬件前解决热设计问题;◎减少重新设计工作，降低每单位产品成本;◎增强可靠性和提高整体的工程设计程度;◎显著地缩短上市时间。
建模功能#e#二、建模功能1.SmartPartsFloTHERM软件提供了专门应用于电子设备热分析的参数化模型创建宏(SmartParts)，能够迅速、准确地为大量电子设备建模。
SmartParts技术应用范围：散热器、风扇、印刷电路板、热电冷却器、机箱、元器件、热管、多孔板和芯片。
Multisim14电子系统仿真与设计第8章 Multisim14的仿真分析方法
仿真结果显示：结点1和3的静态工作点电 压分别为705.68644mV和3.03713V，即静态 时晶体管的集电极电压UCE≈3V、发射极电压 UBE≈0.7V，故放大电路工作在放大状态。
需要注意的是，在做电路仿真分析时，若打开的电路图中未显示结点标号， 可先通过Properties命令或Sheet Properties命令，在Sheet visibility选项卡的 Net names栏中，选择Show all，标出电路中待分析的结点号。
完成分析设置后，点击Run可进行仿真分析，结果显示在Grapher View窗口中：
本例选择电阻R1为扫描元件，设置其 扫描开始数值为1kΩ、结束数值为20kΩ、 扫描点数为4。选择扫描分析类型为瞬态分 析，并设置瞬态分析结束时间为0.01秒。从 仿真分析结果可见，R1在1kΩ~20kΩ之间 变化时，放大器的输出波形由饱和失真到 基本不失真。显然，R1=20kΩ比较合适， 此时输出波形基本不失真。
8.1 交互式仿真（Interactive Simulation）
选择交互式仿真后，其对话框会显示3个分析设置选项卡：
分析参数选 项卡(Analysis Parameters )用 于设置仿真的 初始条件、结 束时间和时间 步长等。
8.1 交互式仿真（Interactive Simulation）
8.6 单频交流分析（Single Frequency AC）
单频交流分析能给出电 路在某一频率交流信号激励 下的响应，相当于在交流扫 描分析中固定某一频率时的 响应，分析的结果是输出电 压或电流相量的“幅值/相位” 或“实部/虚部”。
本节仍以单级放大器为例说明单频交流分析的方法和步骤。
电子产品热仿真规范
1.目的
1.1.规范我司产品热仿真建模标准。
1.2.供热司产品热仿真过程中的方法和要求，适用于我司单板级、系统级等所有产品的热仿真。
2.2.本规范适用于FLOTHERM热仿真软件。
3.定义
3.1.导热系数：是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/（米.度），w/（m.k）
4.2.热仿真报告审核人：
4.2.1.直接主管：负责对热仿真报告及散热方案进行审核。
4.2.2.项目经理：组织项目成员对热仿真报告及散热方案评审。
5.工作程序
5.1.背景
5.1.1.热仿真分析技术介绍
电子设备热仿真软件是基于计算传热学技术（NTS）和计算流体力学技术（CFD），发展电子设备散热设计辅助分析软件。它可以帮助热设计工程师验证、优化热设计方案，满足产品快速开发的需要，并可以显著降低产品验证热测试的工作量。
→后处理等，如图-2所示。
图-2热仿真过程
5.3.建模
5.3.1.PCB板
PCB板的建模方法有两种，如图-3所示。
1)详细模型：适用于单板、互连或考虑PCB板过孔、局部铜箔等优化散热情况。需要详细建每一层CU和FR4的模型，叠加起来成为一块完整的PCB模型。以一块厚度1.6mm的8层板为例：8层铜，每层铜厚度1OZ，铜导热系数380W/m.k；7层FR4，每层FR4厚度一般不等，FR4导热系数0.25-0.3W/m.k。
1)对产品温度场作出预测，在产品设计开发时就能发现并关注热点区域；
2)降低设计、生产和重复设计、生产的费用；
3)对产品风道进行优化，最大限度的提高散热效率；
4)减少试验和测量的次数，缩短开发周期，提高产品质量。
走进电子热分析仿真工具ICEPAK
Icepak中关闭辐射和发射率为0一样吗？ 在一个完全密封的机盒中作热仿真，机盒中水平放臵四层相同的PCB，PCB 的间距是20.32mm，作如下三种情况的仿真： 1、打开散热片辐射，散热片表面的发射率设为0.8； 2、打开散热片辐射，散热片表面的发射率设为0； 3、关闭散热片辐射，散热片表面的发射率设为0.8； 三种情况下PCB上芯片的仿真温度如下： 1、136.1度； 2、154.2度； 3、132.6度； 问题： 1、对于第一和第二种情况好理解，对于中间的两个PCB，辐射没有太大的 作用，顶层和底层PCB因为辐射率高了，温度自然低了，整个机箱的温度 也会降低，中间两块PCB的温度也会降低； 2、第二和第三种情况，打开辐射，但发射率为0，既然发射率为0，那么辐 射热量为0；关闭辐射，发射率为0.8，既然关闭辐射，辐射热量也应该为 0，但仿真出来两种情况并不是这样的。为什么会是这样，是我哪块理解 错了？
用Icepak进行热设计出现问题,模型做完后进行网格划分出现下面的报错，如何解 决？ 用Icepak进行热设计出现问题,模型做完后进行网格划分出现下面的报错： Flexlm error:feature ice-pak (Fluent 7):No such feature exists Feature: ice-pak License path:c:/fluent.inc/icepak4.0/../license/license.dat FLEXlm error: －5,357 好象是license有问题,可是模型可以建立,如何解决？ 你用的应该是盗版的吧？明显是没有license。建议和sue.xie@联系 购买
生物质气化热电联产系统的热力学仿真与分析
生物质气化热电联产系统的热力学仿真与分析摘要：为了提高生物质气化热电联产系统（BGCS）的发电效率和热能利用效率，采用两种发电设备串联构建一种梯级能量利用的BGCS系统，设计了燃气轮机（GT）-蒸汽螺杆膨胀机（SSE）组成的BGCS系统和蒸汽轮机（ST）-有机朗肯循环（ORC）螺杆膨胀机组成的BGCS系统等两个系统方案。
以生物质固定床气化炉为例及1MW发电量为目标，应用Cycle-Tempo热力学仿真软件建立两个系统方案的热力学仿真模型，比较两个方案的综合效率、发电效率、火用效率、相对一次能耗节约率和CO2减排量。
仿真计算和热力学性能分析的结果表明：两个方案均具有很好的相对一次能耗节约率和环境友好性，但GT-SSE热电联产系统在综合效率、发电效率、火用效率等方面比ST-0RC热电联产系统好。
引言生物质气化炉将生物质资源通过高温热解气化技术生成为生物质气化气，其中的可燃气体成份包括CO、H2、CH4和一些焦油。
生物质气化技术可以将生物质充分气化，避免了生物质直燃产生的燃烧不充分和烟气大等缺点，是一种清洁高效的生物质资源能源化利用方式[1]。
生物质气化热电联产系统（Biomass Gasification Cogeneration System，BGCS）则是利用生物质气化气进行发电，能源利用率高，是未来生物质能源推广应用的主要方向。
与天然气相比，生物质气化气具有热值低、灰尘杂质多、焦油多和气体温度高等特点，对发电设备的要求高。
如何设计BGCS系统的方案、选用合适的发电设备、提高发电效率，是困扰BGCS系统推广应用的一个复杂的技术经济问题。
本文选用生物质固定床气化炉为例，以1MW发电量为目标，应用热力学建模软件Cycle-Tempo系统建立BGCS系统的仿真模型。
采用两种发电设备串联构建一种梯级能量利用的BGCS系统，分别建立了燃气轮机（GT）-蒸汽螺杆膨胀机（SSE）组成发电系统和蒸汽轮机（ST）-有机朗肯循环（ORG）螺杆膨胀机组成发电系统等两个实例模型，分析不同的BGCS系统方案的热力学性能，为BGCS 系统的方案优化设计提供参考。
UG-NX有限元仿真 高级仿真热体和流体分析技术
UG-NX有限元仿真高级仿真热体和流体分析技术概述UG-NX（Unigraphics-NX）是一款由西门子PLM软件开发的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工程（CAE）软件。
UG-NX提供了一系列高级仿真工具，其中包括热体和流体分析技术。
本文档将介绍UG-NX中的高级仿真热体和流体分析技术及其应用。
1. UG-NX高级仿真热体分析技术UG-NX提供了强大的热体分析功能，能够对热传导、热辐射和热对流等问题进行模拟和分析。
以下是UG-NX高级仿真热体分析技术的一些主要特点：1.1 热传导分析UG-NX可以模拟和分析材料之间的热传导过程。
用户可以定义材料的热导率，以及模型的初始温度和边界条件。
通过求解热传导方程，UG-NX可以计算出模型在不同时间和位置的温度分布，并可视化显示结果。
1.2 热辐射分析UG-NX还提供了热辐射分析功能，用户可以定义模型表面的辐射率和环境温度，并模拟物体通过辐射释放热量的过程。
UG-NX可以计算出模型在不同条件下的表面温度分布，并可生成热辐射通量图，帮助用户深入了解热辐射对模型的影响。
1.3 热对流分析UG-NX还支持热对流分析，用户可以定义模型与周围流体之间的热传递系数，并模拟固体物体通过对流传热的过程。
UG-NX可以计算出模型在不同空气速度和温度差条件下的温度分布，并可生成热传递系数分布图，帮助用户评估对流对模型的影响。
2. UG-NX高级仿真流体分析技术UG-NX还提供了强大的流体分析功能，能够对流体的流动和压力进行模拟和分析。
以下是UG-NX高级仿真流体分析技术的一些主要特点：2.1 流动分析UG-NX可以模拟和分析流体在不同几何体和边界条件下的流动行为。
用户可以定义流体的初始条件和边界条件，并采用Navier-Stokes方程求解器对流动进行数值求解。
UG-NX可以计算出流体的速度场、压力场和流线图，帮助用户了解流体在模型内的流动情况。
NXCAE-全面的仿真分析解决方案
NX ESC 电子系统冷却分析 －系统级专业热流分析软件
电子系统冷却分析（ESC） 能够用于：系统整机、子系统、电源模组、
PCB板、多芯片模组、开关、电子元器件、风扇和散热器的数字仿真分
析
NX Open 仿真过程自动化
Case Study: 汽车发动机进气管多种设计CFD 用 仿真过程自动化进行NX Flow分析
Single math Multi math Overall math Min/Max Generators
NX NASTRAN
——源于MSC.NASTRAN而后来居上
NX Nastran
– NX NASTRAN
• 全球MCAE工业新标准，广泛用于航空航天国防军工船 舶机械电子能源等工业 • 来源于MSC.Nastran，而后来居上 • 增加线性接触功能，方便用于螺拴，铆钉，焊接等分 析、解决了有接触问题结构模态和线性静力计算问题 • 集成世界知名高级非线性功能 • 提供的多机多CPU（多核）并行计算，CPU数量不限 • 超强的高层次并行计算（HDMP），实现近线性加速， 64位ILP平台的无限内存管理能力，目前已经求解全球 最大的NASTRAN计算问题5亿自由度。
x4
多个通用部件支需要一个网格模型
卫星太阳帆板
NX有限元模型相关性分析
NX有限元模型相关性的主要目的是对两组模 态结果之间的一致性程度进行定量和可视化 处理（通常，一组是NX Nastran模态结果，另 一组是试验模型结果）。
提供强大的，集成的。用户界 面友好的分析平台
Siemens PLM software提供优 化的更加有效的解决方案 ——统一到一个环境 NX
NX Advanced Flow 高级计算流 体力学
计算模块印制电路板的热设计和热仿真分析
表1PCB 各组成部件名称、尺寸、功率及生热率计算模块印制电路板的热设计和热仿真分析令狐克均饶应明刘忠翔李杨（贵州装备制造职业学院，贵州贵阳551400）摘要：首先建立了某电子设备计算模块印制电路板的三维模型，然后依据热传学理论，使用有限元分析软件ANSYS Workbench对三维模型进行了热仿真分析，最后获得了计算模块印制电路板的温度场，热分析结果为印制电路板的结构设计及布局提供了参考。
关键词：印制电路板；热仿真分析；ANSYS Workbench ；温度场0引言近年来，随着先进制造技术在电子设备生产过程中的应用，电子设备已经向便携式、集成化、高密度和高运算速度方向发展，印制电路板（PCB ）上元器件的数量和集成度不断增加，功率损失也相应增加，同时导致单位体积电子元器件的发热量增加[1]。
鉴于电子设备的高度集成性、计算快速性和运行稳定性等要求，对电子设备的热设计要求也越来越高。
相关统计数据显示，55%的电子设备失效与过高的热环境应力有关。
热问题已成为影响设备使用性能和运行可靠性的关键因素之一[2]。
PCB 作为电子设备的重要组成部分，其设计合理与否直接影响设备的性能高低，严重时甚至会损坏电子设备[2]。
因此，对PCB 上的元器件进行热仿真分析就显得十分必要。
电子设备的热分析通常分为系统级、板级及封装级3个层次。
本文研究对象为某电子设备计算模块印制电路板，属于板级热分析的范畴[3-4]。
现首先建立某电子设备计算模块印制电路板的三维模型，然后依据热传学理论，使用有限元分析软件ANSYS Workbench 对三维模型进行热仿真分析，获得计算模块印制电路板的温度场，根据热分析结果为印制电路板的结构设计及布局提供参考。
1建立印制电路板的三维模型1.1模型的简化假设实际的计算模块印制电路板是由元器件和印制电路板基板组成，为了能够进行热分析，必须对PCB 结构进行合理简化，使其成为仿真分析模型[5]。
首先，对于PCB 上外形结构小的电阻、片式电容，由于其体积小、热容量小，产生的热量对整个PCB 的温度分布影响不大，在计算时可将其忽略。