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Flotherm12.0 在瞬态计算中的应用

来源: 中国热设计网 / 作者: 热设计网 / 时间: 2018-09-25 23:41
热设计工作中大部分遇到的是稳态问题,电子设备的工作时间较长,系统到达稳定状态,也存在很多瞬态传热过程,例如电池大倍率的充放,电子元器件发热功耗随时间的变化等

 Flotherm12.0 在瞬态计算中的应用
热设计工作中大部分遇到的是稳态问题,电子设备的工作时间较长,系统到达稳定状态,也存在很多瞬态传热过程,例如电池大倍率的充放,电子元器件发热功耗随时间的变化等,因为工作的时间短没有到达平衡状态,如果按照稳态来设计,热设计难度增加,余量大,散热成本高,如果采用瞬态分析设计,相应热设计难度会降低很多,也有助于控制散热成本。Flotherm软件有瞬态仿真的功能,为我们的设计提供很好的理论依据。
在热传导过程中固体的内部温度场需满足热传导微分方程:


瞬态需要考虑时间项,方程求解过程中需要物体的比热和密度,在稳态分析中可以不关心的材料比热和密度在这里必须正确设置,Flotherm库材料都已经设置好比热和密度,对于自己输入的材料一定不要忘了比热和密度。瞬态计算是将一个时间划分为几个时间点,每一个时间都进行一次完整的稳态计算过程同时将计算结果作为下个时间点的初始值,在做瞬态计算之前先算一组稳态,确认模型是可以收敛的在进行瞬态计算,同时设置自动收敛,减少整体的计算时间。
以一个简单的铜板热源加风扇散热器为例:瞬态工作的时间为20s,0s至5s热源的发热功耗为22.5W, 5s至20s热源的发热功耗为7.5W,整个过程中风扇的工作状态保持不变,建好模型确认材料比热和密度正确后,设置瞬态计算,第一步:设置发热模块的功耗变化

瞬态计算


Multiplier vs Time设置一个乘数和时间的关系曲线,稳态设置为15W,对应的瞬态是稳态数值与乘数之积,0s至5s热源的发热功耗为22.5W对应的设置为0s至5s乘数为1.5, 5s至20s热源的发热功耗为7.5W对应的设置为5s至20s乘数为.5,如下图
 

 

 


第二步:划分时间步长,开始时间0s结束时间20s, 计算周期20s,0s至5s设置10个时间的,0.5记录一次数据,5s至20s设置15时间点,1s记录一次数据


第三步:检查 模型无误进行计算,查看计算结果
 

 

  

瞬态时间步的划分和网格的划分类似,会影响计算的精度,需要在变化大的时间段加密时间步,可以先大概跑一组,对于单个瞬态时间步内的温度变化超过2℃的适当加密时间步,重新计算。瞬态计算的后处理和稳态一样,唯一不同的是可以调用不同时间点的后处理。
本文简单介绍瞬态计算中的一种,如需了解更多热设计技术,仿真软件使用,请关注热设计网的2018秋季《电子产品热设计培训》班

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