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簡單分析熱仿真及測試的方法
2018-02-27 15:47:17·
無論是飛機、列車、汽車等復(fù)雜的大系統(tǒng)，還是機房、機柜、電路板、芯片等相對簡單的小系統(tǒng)，溫度都是影響其性能和可靠性的重要因素。但是影響溫度的因素，因應(yīng)用環(huán)境等的不同而顯著不同，所以，針對不同的應(yīng)用往往采用不同的專業(yè)工具來進行設(shè)計仿真和測試。解決方案典型的工程熱問題包括外太空的熱控、高溫輻射熱、高速氣動
無論是飛機、列車、汽車等復(fù)雜的大系統(tǒng)，還是機房、機柜、電路板、芯片等相對簡單的小系統(tǒng)，溫度都是影響其性能和可靠性的重要因素。但是影響溫度的因素，因應(yīng)用環(huán)境等的不同而顯著不同，所以，針對不同的應(yīng)用往往采用不同的專業(yè)工具來進行設(shè)計仿真和測試。
解決方案
典型的工程熱問題包括外太空的熱控、高溫輻射熱、高速氣動熱、常溫流動換熱、電子散熱等，這些一般都可以通過仿真來對比、驗證熱設(shè)計方案，通過相關(guān)測試獲取熱參數(shù)或標定熱模型。
外太空的熱控
衛(wèi)星、空間站等工作中外太空，攜帶的燃料、光電轉(zhuǎn)換得到的電能等都是寶貴的資源，所以往往借助Dymola多學(xué)科一維系統(tǒng)仿真工具，進行整星的能量系統(tǒng)性能和控制進行仿真。
外太空的特點是軌道和姿態(tài)的影響大、低溫環(huán)境、對流弱。針對這些特性，Thermica可方便地設(shè)置太陽系內(nèi)的各種衛(wèi)星軌道，支持部件機動、多航天器相互指向等復(fù)雜姿態(tài)，基于光線追蹤法并行計算幾何角系數(shù)、軌道外熱流以及熱輻射等，Thermisol基于節(jié)點熱阻網(wǎng)絡(luò)分析整體的溫度場在軌道不同位置的熱狀態(tài)。
高溫輻射熱仿真
不僅低溫環(huán)境下存在強烈的熱輻射，常溫環(huán)境下高溫部件也會有強烈的熱輻射，比如火箭或飛機等的尾噴管會對其附近的設(shè)備等產(chǎn)生高溫?zé)彷椛浼訜?，汽車的渦輪增壓器和排氣管也會對發(fā)動機艙內(nèi)和底盤的線束、管路產(chǎn)生熱輻射加熱。Taitherm能夠快速分析并直觀展示熱輻射狀況，直接與常用CFD仿真工具耦合進行熱-流仿真，獲得長時間的瞬態(tài)熱狀況，用于發(fā)現(xiàn)潛在的熱害、設(shè)計合理的熱防護方案。
高速氣動熱仿真
對于返回艙、火箭、導(dǎo)彈、飛機等而言，因為其高速運動于大氣中，會產(chǎn)生嚴重的氣動熱效應(yīng)，不僅涉及到熱，還與高速的空氣流動密不可分。FloEFD能夠根據(jù)幾何外形的曲率和壓力梯度等自動細化網(wǎng)格，并采用了先進的湍流修正模型和雙層壁面函數(shù)，能夠準確地分析高速氣動的熱狀況。
常溫流動與熱仿真
電機、燈、電池、泵、閥門等的仿真，難度則在于復(fù)雜幾何的準確模擬與高效簡化。FloEFD直接嵌入到Catia等主流CAD軟件中，能夠自動識別流體域與固體域、自動劃分笛卡爾網(wǎng)格，能夠?qū)@些幾何形狀復(fù)雜的產(chǎn)品的流動與熱狀況進行高效仿真與參數(shù)化分析。
電子散熱仿真
芯片、電路板、功率模塊、機箱機柜等設(shè)計往往出自于電氣工程師之手，對機械工程師熟知的熱問題并不很擅長，但熱卻是電子設(shè)備可靠性的主要影響因素。因此Flotherm通過直接導(dǎo)入EDA和CAD模型，能夠高效建立電子設(shè)備的熱模型進行分析，輔助芯片布局和風(fēng)扇選型等。
功率電子熱測試
功率電子芯片、LED等封裝與散熱方案的好壞、故障的無損檢測與分析、功率循環(huán)壽命測試也是電子行業(yè)重要的熱問題。T3ster基于電學(xué)方法，通過測試芯片的電壓直接能夠測得結(jié)溫，并推導(dǎo)出熱結(jié)構(gòu)函數(shù)完美解決上述問題。
總結(jié)
隨著導(dǎo)彈、列車等的速度越來越高，飛機、汽車等的電力驅(qū)動比例越來越高，熱問題越來越突出。
各行各業(yè)都有各自獨特的熱問題。
不同的熱問題往往各有獨特的仿真和測試思路能夠高效解決。
解決方案
典型的工程熱問題包括外太空的熱控、高溫輻射熱、高速氣動熱、常溫流動換熱、電子散熱等，這些一般都可以通過仿真來對比、驗證熱設(shè)計方案，通過相關(guān)測試獲取熱參數(shù)或標定熱模型。
外太空的熱控
衛(wèi)星、空間站等工作中外太空，攜帶的燃料、光電轉(zhuǎn)換得到的電能等都是寶貴的資源，所以往往借助Dymola多學(xué)科一維系統(tǒng)仿真工具，進行整星的能量系統(tǒng)性能和控制進行仿真。
外太空的特點是軌道和姿態(tài)的影響大、低溫環(huán)境、對流弱。針對這些特性，Thermica可方便地設(shè)置太陽系內(nèi)的各種衛(wèi)星軌道，支持部件機動、多航天器相互指向等復(fù)雜姿態(tài)，基于光線追蹤法并行計算幾何角系數(shù)、軌道外熱流以及熱輻射等，Thermisol基于節(jié)點熱阻網(wǎng)絡(luò)分析整體的溫度場在軌道不同位置的熱狀態(tài)。
高溫輻射熱仿真
不僅低溫環(huán)境下存在強烈的熱輻射，常溫環(huán)境下高溫部件也會有強烈的熱輻射，比如火箭或飛機等的尾噴管會對其附近的設(shè)備等產(chǎn)生高溫?zé)彷椛浼訜?，汽車的渦輪增壓器和排氣管也會對發(fā)動機艙內(nèi)和底盤的線束、管路產(chǎn)生熱輻射加熱。Taitherm能夠快速分析并直觀展示熱輻射狀況，直接與常用CFD仿真工具耦合進行熱-流仿真，獲得長時間的瞬態(tài)熱狀況，用于發(fā)現(xiàn)潛在的熱害、設(shè)計合理的熱防護方案。
高速氣動熱仿真
對于返回艙、火箭、導(dǎo)彈、飛機等而言，因為其高速運動于大氣中，會產(chǎn)生嚴重的氣動熱效應(yīng)，不僅涉及到熱，還與高速的空氣流動密不可分。FloEFD能夠根據(jù)幾何外形的曲率和壓力梯度等自動細化網(wǎng)格，并采用了先進的湍流修正模型和雙層壁面函數(shù)，能夠準確地分析高速氣動的熱狀況。
常溫流動與熱仿真
電機、燈、電池、泵、閥門等的仿真，難度則在于復(fù)雜幾何的準確模擬與高效簡化。FloEFD直接嵌入到Catia等主流CAD軟件中，能夠自動識別流體域與固體域、自動劃分笛卡爾網(wǎng)格，能夠?qū)@些幾何形狀復(fù)雜的產(chǎn)品的流動與熱狀況進行高效仿真與參數(shù)化分析。
電子散熱仿真
芯片、電路板、功率模塊、機箱機柜等設(shè)計往往出自于電氣工程師之手，對機械工程師熟知的熱問題并不很擅長，但熱卻是電子設(shè)備可靠性的主要影響因素。因此Flotherm通過直接導(dǎo)入EDA和CAD模型，能夠高效建立電子設(shè)備的熱模型進行分析，輔助芯片布局和風(fēng)扇選型等。
功率電子熱測試
功率電子芯片、LED等封裝與散熱方案的好壞、故障的無損檢測與分析、功率循環(huán)壽命測試也是電子行業(yè)重要的熱問題。T3ster基于電學(xué)方法，通過測試芯片的電壓直接能夠測得結(jié)溫，并推導(dǎo)出熱結(jié)構(gòu)函數(shù)完美解決上述問題。
總結(jié)
隨著導(dǎo)彈、列車等的速度越來越高，飛機、汽車等的電力驅(qū)動比例越來越高，熱問題越來越突出。
各行各業(yè)都有各自獨特的熱問題。
不同的熱問題往往各有獨特的仿真和測試思路能夠高效解決。
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