EFD.Pro电子产品散热教程(上)

1SimulatingtheRealWorldLecture1介绍2SimulatingtheRealWorldEFD的定义•EFD英文全称为EngineeringFluidDynamics即工程流体动力学•EFD是一款高级而又灵活易用的流体流动与换热分析软件。3SimulatingtheRealWorldEFD的分类EFD.Lab:通用的流动与换热动分析软件EFD.Pro:完全集成于Pro/ENGINEER中的EFD.Lab版本EFD.V5:完全集成于CATIAV5中的EFD.Lab版本4SimulatingtheRealWorld分析类型•内流分析-Internalflows例如，管内流动、容器内流动、建筑物内流动。•外流分析-Externalflows例如，绕飞机、绕汽车、绕建筑物流动等等。5SimulatingtheRealWorld流体类型及压缩系数•气体/液体•牛顿/非牛顿流体•压缩与不可压缩流体•蒸气6SimulatingtheRealWorld不可压缩流体=(T,y),=(T),=(T),=(T),Cp=Cp(T)可压缩流体=(T,P)对数律:指数律:理想气体M,=(T),=(T),Cp=Cp(T)00ln1/PBPBCnBPBP/100RTPmmmMyunivRR1mmmy7SimulatingtheRealWorldEFD的应用汽车航空电子机械食物石油天然气能源制冷通风与空调阀门与灌溉设备环境医疗…8SimulatingtheRealWorldLecture2EFD.Pro实例讲解9SimulatingtheRealWorld这一阶段我们将以HB7216L的机型为例进行讲解，展现了如何对涉及到固体导热的流动分析进行每一步基础的设置。这个例子的基本原则是适用于所有的散热及内流动的问题。序10SimulatingtheRealWorld打开模型1.将绘制好的HB7216L模型文件复制到你的电脑；2.打开带有EFD.Pro的Pro/E软件，点击文件☞设置工作目录，指定Pro/E的工作目录到HB7216L文件夹下；3.点击文件☞打开，浏览HB7216L文件夹找到hb7000l-20110607.asm组件并点击打开；11SimulatingtheRealWorld准备模型在这个分析组件中存在很多特性,零件或子组件不需要分析。使用EFD.Pro之前,仔细检查模型中不参与到分析中的元器件是一种良好的软件使用习惯。剔除那些不参与到分析中的元件可以减少对计算机资源的要求和求解时间。这个组件中包含了如下一些元件：外壳，主板，PCB板，电容，电源，散热器，芯片，风机，螺钉，风扇支架，盖子等。通过点击Pro/ENGINEER模型树中的特征，你可以看到所有的这些元器件。在这个教程中我们通过对入口盖子内表面处的Fan设定一个边界条件来对风机进行仿真。这个风机的几何外形比较复杂，重新生成的话需要一定时间。因为风机的外壳在机壳之外，所以我们可以将其压缩（Pro/E功能）从而加快Pro/ENGINEER的操作。12SimulatingtheRealWorld检查模型1.点击FlowAnalysis☞Tools☞CheckGeometry打开检查几何文件对话框；2.点击Check检查几何文件13SimulatingtheRealWorld创建EFD.Pro项目1.点击FlowAnalysis☞Project☞Wizard打开向导对话框；2.点选createnew,以便创建一个新的配置，命名为HB7216L，点击Next；3.选择SL（国际单位），将Main对话框中的Temperature单位修改为°C，点击Next；14SimulatingtheRealWorld4.设置分析类型为Internal，在物理特性下勾选Heatconductioninsolids，以及Radiation，点击Next5.展开Gases夹并且双击Air行。保持默认的FlowCharacteristics。15SimulatingtheRealWorld6.展开Alloys文件夹并且选择SteelStainless321为Defaultsolid，点击Next；7.修改Defaultouterwallthermalcondition的参数值（Value）为Heattransfercoefficient（热传递系数），将热传递系数设为10，温度保持不变，其它设置也不变，点击Next；16SimulatingtheRealWorld8.对此页的所有数据均不做修改，直接点击Next；9.接受Resultresolution的默认值并且保持自动设置Minimumgapsize和Minimumwallthickness，点击Finish。现在EFD.Pro利用赋值数据方式创建了一个新的例子。17SimulatingtheRealWorld•前面的设置为整个向导（Wizard）设置过程，总观之，向导包含以下几个方面的内容：–项目配置–单位系统–分析类型–默认流体–默认固体(必须勾选固体间导热选项)–壁面条件–初始条件(对外部分析而言就是初始与环境条件)–结果与计算“精度”18SimulatingtheRealWorld•此时，PRO/E左边的分析树会出现我们刚刚定义的新例子，在后面的操作中都会在这里表现出来，需要编辑这些操作也只需要在这里编辑即可。•同时模型中的周边也出现了一个黑色线条组成的外框，此外框包围的部分即为求解域。19SimulatingtheRealWorldLecture3目标和条件20SimulatingtheRealWorld定义风扇风机就是一种流动的边界条件。你可以在没有定义边界条件（BoundaryConditions）和来源（Sources）的固体表面处来定义风扇（Fans），也可以在模型的入口或出口处人工的加一个盖子来定义风扇。还可以在内部流动区域的面上定义内部风扇。风机被认为是体积流量（或质量流量）随着选定的进出口面上压降不同而变化的理想装置。风机的体积流量与静压降的特性曲线来自工程数据库（EngineeringDatabase）。21SimulatingtheRealWorld1.点击FlowAnalysis☞Insert☞Fan，Fan对话框出现；2.在Fan选项中就定义一个合适的风扇或是自己新建的风扇；3.在FanType中选择ExternalOutletFan；4.如图所示选择FAN.PRT的内表面，点击确定；22SimulatingtheRealWorld5.在Settings（设置）页展开ThermodynamicParameters（热力学参数）项，检查Ambientpressure（环境压力）是否为大气压力；6.返回到Definition（定义）页，接受FaceCoordinateSystem作为参考Coordinatesystem（此为系统默认值）；23SimulatingtheRealWorld7.接受X作为Referenceaxis（此为系统默认）；8.点击确定，新的Fans文件夹和ExternalInletFan1项出现在EFD.Pro左边的分析树中。24SimulatingtheRealWorld定义边界条件除了开口处定义了风机之外，任何流体流经系统处都要定义边界条件。边界条件可以压力（Pressure）,质量流（MassFlow）,体积流（VolumeFlow）或速率（Velocity）的形式定义；也可以使用边界条件（BoundaryCondition）对话框来定义理想墙壁（IdealWall）边界条件，这个边界条件可以是绝热、无摩擦壁面；或定义真实墙壁（RealWall）边界条件，这个边界条件可以设置壁面粗糙度或者温度以及模型表面的热交换系数。对于具有内部固体导热的分析，你也可以通过定义一个外墙（OuterWall）边界条件来对模型外壁面设置一个热特性边界条件。25SimulatingtheRealWorld1.在EFD.Pro分析树，右击BoundaryConditions（边界条件）图标并且选择InsertBoundaryCondition。2.选择所有通风口的内表面（图中通风口均用实体给代替了）；3.选择Pressureopenings并选中EnvironmentPressure；26SimulatingtheRealWorld4.点击Settings，保持Settings页中的默认设置；5.点击确定；新的EnvironmentPressure1项出现在EFD.Pro分析树中。27SimulatingtheRealWorld多孔板定义定义多孔板是为了通过定义流动区域的百分比来方便的考虑孔的效应。在此模型中并未定义多孔板，即将孔的利用率假定为100%；此处只介绍下打孔板的定义方法，有兴趣的可以试着定义：1.点击FlowAnalysis☞Tools☞EngineeringDatabase。2.在数据库（database）树中选择PerforatedPlates（多孔板）,UserDefined（自定义）。右击并且选择NewItem；3.根据模型情况选择相关数据及相应的有效截面积比例并保存，退出；4.点击FlowAnalysis☞Insert☞Perforatedplate；5.选择EFD.Pro分析树下的EnvironmentPressure1项；6.点击Browse进入engineeringdatabase。从Databasetree,UserDefined中选择新建的打孔板。7.点击确定，新建的PerforatedPlate1出现在EFD.Pro分析树中。28SimulatingtheRealWorld定义热阻我们将电子封装热性能简化为两个热阻块结合在一起的双热阻模型；Rjb和Rjc分别是芯片结点至PCB板和芯片外壳的热阻。双热阻模型的其它表面是绝热的。EFD.Pro要求通过建立一个块来创建芯片结点和外壳结点。29SimulatingtheRealWorld1.在工程数据库中点选Two-ResistorComponents,UserDefined，右击并且选择NewItem；2.在新建选项中输入相应的参数，点击Save，Exit；3.点击FlowAnalysis☞Insert☞Two-ResistorComponent4.点击Browse进入至Two-Resistorcomponents预定义EngineeringDatabase列表，选择刚刚新建的热阻部件；5.定义Heatgenerationrate的数值；6.在Casebody、Junctionbody中分别从EFD.Pro模型树中选择外壳和结点CASE、JUNCTION；7.点击OK，新建的Two-ResistorComponent1出现在EFD.Pro分析树中。30SimulatingtheRealWorld定义热源热源是模型中重要的一部分，顾名思义，只要模型中发热的部件都可以定义热源，通过定义热源可以赋予发热元件的功率或者温度等；定义的热源分为体积热源和表面热源，可根据实际情况来定。1.点击FlowAnalysis☞Insert☞VolumeSource；2.在Sourcetype中选择HeatGenerationRate（热功率）；3.在Pro/E模型树中选中所有MAIN_CHIP元件；31SimulatingtheRealWorld4.在Settings页的HeatGenerationRate中输入元件总功率5W；5.点击确认，在EFD.Pro分析树中会出现VSHeatGenerationRate1的选项；32SimulatingtheRealWorld6.遵从上述相同步骤，对以下体积热源进行设置：–PCB上的其他主要元件，在模型中命名为CPU–PCB上的所有电容（CAPACITOR），设置电容时Sourcetyp