Flotherm风冷热设计
Flotherm软件在电子设备热设计中的应用
Flotherm软件在电子设备热设计中的应用作者：李波李科群俞丹海摘要：CFD软件可以较为准确地仿真模拟电子设备或其组合体的温度场，因而可以应用于电子设备的热设计。
本文应用CFD仿真模拟软件Flotherm辅助对某型号电子设备进行热设计，对设备的风道阻力特性和温度场进行了模拟计算，确定了合理的风机型号和电子元件的位置布置。
关键词：Flotherm；电子设备；热设计；风道特性；温度场Abstract：CFD Software can be applied in the accurate simulation of temperature field of electronic equipment or combination, it is useful in the thermal design of electronic equipment. In this paper, a type of electronic equipment is designed by CFD software, Flotherm, the pressure resistance characteristic and temperature field of equipment are simulated to determine the reasonable fan models and the locations of electronic components.Keywords：Flotherm；electronic equipment；thermal design；characteristic of wind channel；temperature field1．引言在电子封装技术水平不断提高的当今，电子产品的外形尺寸也朝着轻便小巧的方向发展，从而使得单位热流密度值迅速增大。
电子产品输出的是电信号，输入功率的很大一部分都成为了热功耗。
FLOTHERM应用经验
FLOTHERM在液冷散热器设计及优化中的应用艾默生网络能源有限公司(Emerson Network Power Co.,Ltd)黄昆问题的提出热容量大散热器及换热器的安装更加灵活噪音小，静音环保。
液冷系统具有优秀的灵活性，可以实现分离式的散热，即可以灵活把热交换器放置在距离热源较远的位置，以降低设备的噪音。
能够真正做到完全密封，防尘、防水。
散热器重量轻、体积小。
液冷散热技术特别适合于高功率密度的场合：冷却功率大于3KW以上，冷却区域的热流密度大于100W/cm2,热阻小于5℃/kW。
液冷散热器为液体冷却回路中最重要的吸热单元，对液体冷却回路的传热效率、可生产性、制造成本至关重要，液冷散热器的优化设计为液冷散热设计的关键技术之一。
散热器散热途径影响液体冷却散热的关键因素功率器件下方的流道数流道与散热器上盖板的距离不同尺寸的流道不同形状的流道流道内部密闭情况冷却回路的流量分配的均匀性以上为影响液冷散热器的主要因素，散热器的优化主要从这些因素入手，利用FLOTHERM软件可以方便、快捷、准确的实现液冷散热器的优化设计。
仿真分析模型外形尺寸：300mm(L)×200mm(H)×31mm(T)材料：6063/LF21冷却工质：40％EG ：60% DI Water生产工艺：铣槽＋焊接；型材＋焊接仿真分析的关键点及使用技巧合理的模型简化原则；进出水口与计算域的处理方法；进水口管内流速的处理；流道加工死角的处理；网格划分技术；Z模块周围加密网格。
Z取消网格平滑过渡选项；冷却液参数的处理；Cutout功能的应用技巧；收敛技术功率器件下方流道数对散热器性能的影响1：两流道散热器2：三流道散热器，增加一条回水流道功率器件下方流道数对散热器性能的影响两流道散热器表面温度三流道散热器表面温度仿真结果表明：三流道方案较两流道方案散热效果要好，同样的条件下，散热器表面的最高温度下降了约14℃。
流道与散热器上盖板的距离对散热器性能的影响流道向散热器表面移动5mm 仿真分析结果：流道向散热器表面移动5mm，散热器热点温度降低2.2℃，表明流道越靠近IGBT越好。
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。
FLOTHERM热设计软件指南
耗及环境变化情况下的瞬态分析；
瞬态功耗及其温度响应 z 辐射计算：全部采用 Monte-Carlo 方法进行辐射计算，完美地解决了 Monte-Carlo 方法计算量大的缺点，不采用其它精度
差的角系数计算方法，是目前唯一可以全部采用 Monte-Carlo 方法进行辐射计算的电子散热仿真软件，非常适合密闭设备
z 收敛准则：FLOMERICS 公司为 CFD 软件在电子热仿真领域的应用专门开发了收敛准则，公司的研发人员认为，一个良 好的收敛准则必须符合两个条件：1)保证收敛可靠，即如果软件认为收敛，就应该较好地得到一个真实的解，而不能像传统的 通用 CFD 软件一个需要人为地去判断解的可靠；2)收敛准则应该由软件自动提供，而不应由工程师人为提供； FloTHERM 软 件完美地实现了以上两点；
FLOTHERM
全球领先的电子热设计/仿真分析软件
上海坤道信息技术有限公司简介
上海坤道信息技术有限公司 (SIMUCAD Info Tech Co., Ltd) 是一家专注于高端计算机辅助工程(CAE)软件和 高科技仪器设备的提供商和方案咨询服务供应商，倾力于为机械电子产品之研发、生产和制造的企业和研究 机构提供先进完善的设计、分析、测试和制造解决方案以及成熟高效的技术支持和咨询服务。坤道公司的前 身为 Mentor Graphics 公司 Mechanical Analysis 部门(原英国 Flomerics 公司中国代表处)负责政府客户、国 防与航空航天领域及高校（包括中科院）和国内客户的业务部门。目前是 Mentor Graphics 公司 Mechanical Analysis Division 和 MicReD (微电子研究发展)部门全系列产品在中国大陆的总代理，负责其产品的销售和技 术服务事宜。
最全的热设计基础知识及flotherm热仿真(精品课件)
✓ 强迫空气冷却是一种较好的冷却方法。 ✓ 热管的传热性能比相同的金属导热要高几十倍，且两端的温差很小。
1）为最常见的界面导热材料，常采用印刷或点涂方式进行施加。 2)用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便, 价格便宜。 3）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很 小， 适合大功率器件的散热。 4）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。
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热设计的基础概念
问题：热的单位是什么？ 是℃？
热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样，也存在 热能。热能的单位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用 下使物体移动1m，使1g的水温度升高0.24℃。 1J=1N·m
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热设计的基础概念
设备会持续发热。像这样，热量连续不断流动时，用“每秒 的热能量”来表示会更容易理解。单位为“J/s”。J/s也可用“W” （瓦特）表示。
L—— 特征尺寸，m； u—— 流体速度，m/s； cp—— 比热容，kJ/(kg·K)； μ—— 动力粘度，Pa·s； λ—— 导热系数，W/(m·K)； αV—— 体膨胀系数，℃－1； g —— 重力加速度，m/s2； ΔT——流体与壁面的温差。
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热辐射
任意物体的辐射能力可用下式计算
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导热介质-相变导热膜
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导热介质-相变导热膜
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导热介质-导热垫
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导热介质-导热双面胶带
FloTHERM--热设计软件你知多少
2、有材料属性的部件，可以添加热源属性，注意输入的是热负荷。比如一个部 件功耗1KW，有效输出900W，那么转化为热量输出的就是1000－900＝100W，在 theFloTHERM XT 最新研发进展.pdf
2. 海基科技FloEFD专题网络培训教程.pdf
因此，需要学习：传热学，了解三种传热方式； 流体力学，充分理解对流散热； 数值传热学：用来了解什么是离散方程，要求解那些方程； 最后是相关的行业经验的。在PC行业的大牛，到了通信行业，也需要一个积 累沉淀的过程。
2.FloTHERM软件对电脑的软硬件有哪些要求
官方给的最低硬件配置是：CPU：奔腾III 1GHz，内存：1GB，显卡：支持 OpenGL，64MB显存，1024X768分辨率 软件是32位或64位的win XP，win vista，win 7，win server 2003 & 2008 这个配置只是可以运行软件而已。针对你的应用，需要什么配置还要看你的 模型大小，能接受的计算时间。不过现在计算机随便都是4G内存，2GHz以上的 CPU主频，跑个300万网格是没有问题的。
3.FloTHERM软件在模拟电子产品散热时，其是如何工作的？
和普通的cfd软件相比，flotherm集成了建模，网格划分，计算仿真，后 处理与一体。也可以在flotherm中完成所有的热仿真需要的工作。
4.FloTHERM软件进行散热仿真，主要包括哪几步？
建模，网格划分，计算仿真，后处理
5.FloTHERM软件的模型数据库如何？
8.FloTHERM航空防务电子散热分析解决方案20120810.pdf
9.Flotherm电子产品热分析高级培训使用技巧
一.问答： 1.FloTHERM软件的技术基础是什么
基于FLOTHERM的固态功率放大器热设计
基于FLOTHERM的固态功率放大器热设计文章对L波段固态功率放大器整机结构热设计进行了研究，并结合L波段固态功率放大器设计实例，最后给出了整机的仿真及实物测试结果。
标签：热设计；固态功率放大器；热仿真；FLOTHERM引言固态功率放大器主要由功率放大模块、增益放大模块、合成模块、耦合模块和控制电路等组成，功率放大模块在大功率条件下工作时，器件发热量大，使器件处于高温状态下工作。
而高温会使元器件电性能恶化，引起失效，导致设备可靠性下降。
资料表明：单个半导体元件的温度升高10 ℃～12 ℃，其可靠性降低50%[1]。
随着器件的密集化，电子设备的功率密度增大，对热设计的需求也日益强烈。
1 整机结构设计主要设计指标如下：频率范围1GHz～2.5GHz，功率增益≥50dB，最大输入功率≤10dBm，最大输出功率≥50dBm，环境适应性满足GJB3947A-2009环境4级设备要求，另外还有输入端口驻波比、输出功率平坦度、1dB压缩点输出功率、3dB压缩点输出功率、噪声系数、谐波抑制等指标要求。
功率放大模块采用某型号功率芯片，单个芯片无论在输出功率或功率增益方面都无法达到设计要求，因此，本方案选用两极放大串联的方式满足功率增益的要求，其中前级作为推动级，末级作为功率输出级，末级使用4路放大并联的方式满足输出功率的要求，前后两个放大级中的各单管放大电路设计成完全相同的形式。
信号流图如图1所示。
功率放大模块中的功率芯片满载时功耗较高达到115瓦。
五个功率放大模块共有10个芯片，芯片总功耗高达1150瓦，并且该芯片面积小，热流密度高，散热难度很大。
综合整机内部信号流、模块的功能、可装配性和可维修性等，為了更好的散热，整机结构布局如图2所示。
散热器由上下基板和中间散热片组成，在机箱高度方向放置于机箱中部，上下基板可以贴附散热器件，可以最大限度的增加机箱散热性能。
电源自带散热风机，因此将电源单独放置于机箱左侧的电源仓，不仅有利于散热，更有利于屏蔽强电信号。
基于flotherm的风冷机箱散热设计及优化分析
优化，得到冷板翅片参数的最优组合，使热源温度降低了 ５ ℃ 。 通过对优化结果数据的分析，
得到以下结论：在结构尺寸允许范围内及考虑了加工难易程度情况下，尽量增加翅片高度对散
热是有益的；冷板翅片厚度与翅片个数对散热效果的影响是相关联的，并不是翅片越多越好，
５ Ｗ ／ ｃｍ ２ 时多采用风冷的冷却 方 式。 相 比 于 液 冷 冷
备的热设计是十分重要的。 随着微电子工艺技术的不
且不需要冷却液输入输出，电子机箱可以独立工作。
电子设备需要在合适的温度范围内才能正常工
升高 １０ ℃ ，其可靠性就会降低 ５０％” 。 因此，电子设
断进步，功率器件向着轻、薄、短、小型化发展，并且发
热功率也越来越大，导致发热热流密度成倍增加。 器
性能是影响产品可靠性的重要因素。［１］
电子机箱内，冷板上电子元件发热热流密度低于
却，风冷冷却的结构相对简单，安全系数相对较高，并
众所周知，热量是通过热传导、热对流和热辐射 ３
种方式传递的。［２］ 电子设备的散热设计就是基于这 ３
收稿日期：２０１９⁃０８⁃０９；修回日期：２０１９⁃０８⁃２５
对于常用的 １ ～ ２．５ ｍｍ 厚的冷板翅片，其最优的翅片间隙在 ４ ｍｍ 左右。
关键词：风冷机箱；冷板；散热设计；优化分析
中图分类号：ＴＮ９５７．８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９⁃０４０１（２０１９）０４⁃００３６⁃０５
Ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ａｉｒ⁃ｃｏｏｌｅｄ
种原理，通过尽量减少热流通路上的热阻来进行的。
在电子设备的热设计中，对于热传导的运用，通常是将
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2.3 网格划分
系统网格划分
风扇网格划分
2.4 求解问题设定
目标温度侦测点
收敛标准
自检后运行
2.5 后处理
温度场 平面 离子源 单点注释 动画创建
数据输出
THANKS
尺寸： 258*288*100mm 厚度1mm 材料：SECC
1.结构三维模型（STP/IGES 等格式）
2.元器件热损耗与封装等信 息（类似于购买的资料excel list）
3.元器件layout（元器件在 整个结构中的布局、代号）
海拔：海平面 环境温度：55℃ 风扇转速：4400RPM
4.工况（海拔、环境温度、 风扇转速等）
FLOTHERM风冷热设计培训
----------4KW机柜数值模拟
热分析材料准备 热分析基本流程
1.FLOTHERM热设计仿真材料准备
1.结构三维模型（STP/IGES 等格式） 2.元器件热损耗与封装（类 似于购买的资料excel list） 3.元器件layout（元器件在 整个结构中的布局、代号） 4.工况（海拔、环境温度、 风扇转速等）
2.FLOTHERM热设计仿真流程
几何模型建立(CAD 模型导入与简化、 布尔运算)
物理参数设置 与工况设定
网格划分
求解 后处理
求解问题设定
2.1模型导入------结构件拆分
Smart part 创建FloEDA创建或FloMCAD导入简化
2.2 物理参数与工况设定
物理参数设定： 损耗、封装 工况设定： 环境温度，海拔，风扇特性