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Flotherm练习题 3


FLOTHERM V7 Introductory Training Course 练习 3:进一步详细定义电子设备中的热量 本练习指导用户进一步详细定义电子设备中的热量,需完成以下步骤: 1. 读取一个现有的项目并保存为新的项目。 2. 用印刷电路板代替块状热源。 3. 使用热源和流场阻尼创建一个电源。 4. 改进网格并求解。 5. 分析结果。 Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box Tutorial PM 如果还没有装载“Tutorial 2”,请在项目管理窗口(PM PM) Project/Load / 中选择[Project/Load Project/Load](项目/ 读取),在弹出的窗口中选 Tutorial OK 中“Tutorial 2”,单击‘OK OK’(确定)。 PM 要将此项目保存为新项目,请在项目管理窗口(PM PM)中 Project/Save As] Project 选 择 [Project/Save As ( 项 目 / 另 存 为 ) , 在 ‘Project Tutorial Name Name’(项目名称)项中键入名称“Tutorial 3”。 Title Refined 在 ‘Title 标 题 ) 项 下 键 入 “Refined Simple Electronics Title’( Notes This Box Box”。打开‘Notes Notes’(备注)键入 “This is an initial model of the electronics box with refined heat gains 并点 击 gains.” Date Time ‘Date Date’(日期)和‘Time Time’(时间)为项目创建日期和时间。在 OK Notes 对话框中点击‘OK OK’(确定),退出’Notes’ (备注)编辑状态 Notes’ 并保存新的项目名及上述设置。 .

Tutorial 3

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 在模拟 Tutorial 3 之前,我们要在项目库中加入诸如 Material Attributes’(材料属 FR4 和 Copper Copper(铜)等‘Material Attributes 性)。这些材料属性将被用于建立印刷电路板。 PM Library Manager’(库管 在项目管理窗口(PM PM)中,点击‘Library Manager PM 理窗口)图标 。这样就可以在项目管理窗口(PM PM)中 Tutorial 3 模型结构树的右面打开一个窗口,其中包含 了所有 FLOTHERM 提供的库,诸如:材料,风扇,滤 网,机箱等等以及用户自定义的库。 Libraries + 点击‘Libraries Libraries’(库)旁边的‘+’号将其扩展。找到 Materials ‘Materials Materials’(材料),同样扩展其子目录。 Metals Copper (Pure)’(纯铜)。 在子目录‘Metals Metals’(金属)下寻找‘Copper (Pure) 双击把它加入到项目材料库中。再在子目录 Laminates FR4 ‘Laminates Laminates’(层压制品)下找到‘FR4 并双击添加到项目 FR4’ 材料库中。 PM 在项目管理窗口(PM PM)中的 Tutorial 3 装配树结构中点 Project Attributes](项目属性)并扩展‘Material’。 Material 开[Project Attributes Material’ Copper (Pure)’(纯铜)和‘FR4 FR4 I 您应该看到‘Copper (Pure) FR4’已被加载到 项目材料列表中。由于我们在练习 2 中建立机箱模型 Steel (Mild)’(低碳钢),所以您会看到 时已应用了材料‘Steel (Mild) 它已被列在项目材料列表中了。 Library Manager’(库管理窗口),点击位于库管 要关闭‘Library Manager 理窗口底部的 标记符即可。

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box Electronics 下一步就是将位于子组件“Electronics Electronics”下的块状热源替 SmartPart 换成两个使用 PCB 简单部件(SmartPart SmartPart)建模的印刷电 路板。 PM Electronics 选中项目管理窗口(PM PM)中的“Electronics Electronics”子组件。激活 Start 绘图板中的视图 0(+Y) 0(+Y)。这时绘图板中的各个视图可能 g 会出现计算网格,使用键盘热建“g”关掉网格。 Toggle Snap’(贴附开关)图标,保证它处于 (贴 检查‘Toggle Snap 附于物体)状态。选择 PCB 图标 开始至右下角绘制出一个 PCB PCB。 。从热源的左上角

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Source <Delete> 选中“Source Source”(热源),使用键盘<Delete> <Delete>键将其删除。 End

在绘图板中检查这个 PCB PCB,注意它本身有局部坐标标 记。每个 FLOTHERM 对象都有一个局部坐标,可定义 此对象的 Xo Yo 和 Zo 坐标平面。 Xo, 这个 PCB 的长、宽及厚度分别定义于 Xo Yo 和 Zo Xo、Yo +Z 。因此在视图 2(+Z +Z)中我们可以看到 PCB 的 Z 轴方向 向下,这表明此 PCB 的顶部位于机箱的底部。 您在任何时候如果忘记 FLOTHERM 对象的长、宽或厚 度,请到绘图板中检查此对象的局部坐标。选中此对 象,它的局部坐标轴就会出现在视图中。

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 我们旋转这块板使其顶部与机箱的顶部相对。在绘图 <TAB> +X 板中,通过<TAB> <TAB>键切换至视图 3 (+X +X)。确定此 PCB 已被选中。点击图标 两次使此 PCB 旋转 180°。 出现消息窗口提示您由于 PCB 的位置提升网格将会改 No 变。点击‘No No’(不)继续。 PCB 的 Zo 轴指向现在应该向上。 Location 右键点击 PCB 进入‘Location Location’(安置)。 PCB 将 PCB 更名为“PCB 1”。设置位置坐标: X = 20 mm Y = 10.0 mm Z = 230 mm mm; mm; OK Edit SmartPart’(编辑简单部件)编辑菜 单击‘OK OK’关闭‘Edit SmartPart 单。

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Construction 右键点击 PCB 进入‘Construction Construction’。 输入以下信息: Length Length(长) = 190 mm Width mm; Width(宽) = 210 mm mm; Thickness Thickness(厚) = 1.6 mm mm. PCB 的厚度信息,需要将‘Modeling Modeling 备注: 要激活 Conducting Level Level’(建模级别)项设置在‘Conducting Conducting’(传导)。 % 将‘% Conductor by Volume Volume’(导体所占体积比)设为 10 Dielectric Material’(绝缘体材料)项中点击 %。在‘Dielectric Material Material FR4 Conductor ‘Material Material’(材料)选择‘FR4 FR4’。在‘Conductor Copper (Pure)’(纯铜)。 Material Material’(导体材料)项中选择‘Copper (Pure) Apply 点击‘Apply 应用。 Apply’ Summary In 点击标签‘Summary Summary’(摘要)检查平面热传导率”In Plane Normal Conductivity Conductivity”和板厚度方向热传导率”Normal Conductivity Conductivity”(法向热传导率)两项的值。 OK 点击‘OK OK’(确定)关闭 PCB 对话窗口。

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 由于 PCB 板已建好,现在可加入元件。 PM PCB 在项目管理窗口(PM PM)中选中“PCB 1”,然后到调色板中 Component Component 点击‘Component Component’(元件)图标 。选中‘Component (元 Component’ Construction 件)右键进入‘Construction 菜单。 Construction’ 输入功耗值 15 W。将元件的尺寸设置为与 PCB 板相 length 同(length = 190 mm; width = 210 mm mm),但将元件的高 设为 5 mm mm。 Modeling Options’(建模选项)选项中,选择‘Apply Apply 在‘Modeling Options over Board Board’(均布于整个板)将热量加在板的整个上部。 OK 点击‘OK OK’(确定)应用新设置并退出此窗口。

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PM PCB 在项目管理窗口(PM PM)中,选中“PCB 1”,使用键盘热键 <Ctrl> + C 建立一个新的拷贝。选中 “Electronics Electronics Electronics”子组 <Ctrl> 件,在此使用<Ctrl> + V 粘贴。 PCB 选中拷贝的 PCB PCB,将其更名为“PCB 2”。 PCB Location 右键进入“PCB 2”的‘Location Location’(安置) 菜单。将其位置 改为 X = 20 mm Y = 30 mm Z = 110 mm mm; mm; mm.。 PCB Construction 右键进入“PCB 2”的‘Construction Construction’。将其尺寸改为 Xo = 150 mm Yo = 90 mm Zo = 1.6 mm 。 mm; mm; Component PCB 选择‘Component Component’(元件)并拷贝它。在选中“PCB 2”作 为放置新拷贝的目标对象。

Project Manager Tree

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box Component:0 Construction 右键点击“Component:0 Component:0”编辑‘Construction Construction’菜单。 将功耗改为 2 W 。修正元件尺寸,使其符合板的尺寸 Xo Height (Xo = 150 mm Yo = 90 mm mm; mm)并将元件的‘Height Height’(高度) 设为 3 mm mm。 Component:0 PCB Side “Component:0 位 于 “PCB 2” 的 底 部 。 将 ‘Side of Component:0” Bottom Board Board’(板的那一面)项设为‘Bottom Bottom’(底面)。 点击确认(OK)退出。 Component: Construction 右键点击“Component:1”编辑‘Construction Component:1 Construction’菜单。. 将功耗改为 2 W 。修正元件尺寸,使其符合板的尺寸 Height 并将元件的‘Height Height’(高度)设为 3 mm mm。

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从这开始,假定某一教程步骤结束后用户会根据需要 ‘ OK’ 选择 ‘Dismiss’(取消)或者‘OK’(确认)。 Dismiss’ PM 在定义功率源之前,您所看到的项目管理窗口(PM PM)和 绘图板的显示应该如右图所示。 要获得该视图,确保绘图板被激活,按键盘上‘F6’,然 后再按‘T’ 。确保 Picture Mode(图象模式)已被锁 定,这样四视图才能如显示一样。 在绘图板中,检查 PCB 板的位置。

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 用余下的热量定义电源。电源不作详细的表示,但要 用一定的体积流场阻尼和一个块状热源代替。 PSU 使用图标 定义一个名为“PSU PSU”的新的组件,将其放 Root Assembly’(根组件)下。 置于‘Root Assembly Absolute 在 FLOTHERM 中,一个对象的位置可基于‘Absolute Local Coordinates’局部坐 Coordinates Coordinates’绝对坐标或‘Local Coordinates Edit/Preferences](编辑/参数选择)中将 / 标。在菜单 [Edit/Preferences Edit/Preferences Display ‘Display Positions in in’(以何种坐标显示位置)选项改为 Local Coordinates’局部坐标。 ‘Local Coordinates Absolute Coordinates’绝对坐标时,每个对 当使用‘Absolute Coordinates 象,无论它是部件还是一个组件,它的位置都将基于 Overall Domain’(所有求解域)原点。它可以在 求解域‘Overall Domain Overall Domain’ 绘图板中通过选择 ‘Overall Domain (所有求解域)显 示出来。 Local Coordinates’局部坐标时,一个位于某一 当使用‘Local Coordinates 组件下的对象(部件或组件)将会有一个基于这一组件原 点的位置坐标。 PM PSU 在项目管理窗口(PM PM)中,右键点击“PSU 进入 PSU” Location ‘Location Location’菜单。设置位置信息: X = 145 mm Y = 10 mm; mm Z = 235 mm mm; mm。 PSU Overall Domain’(所有求解域)原 现在“PSU PSU”将离开‘Overall Domain PSU 点。所有在它下面建立的对象都将把 “PSU PSU”的位置作 为其坐标原点。 PM PSU 在项目管理窗口(PM PM)中选中“PSU PSU”并到调色板中选择 Volume 一个‘Volume Heat Source Source’(体积热源) Heat 作为此热源的名称。 Heat” PSU 。输入“PSU

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PSU Heat” Location 右键 点 击 “PSU Heat 进入 ‘Location 安置 ) 菜单 。 注 Location’( (0,0,0) PSU Heat”的尺寸设为: X 意:位置坐标为(0,0,0) (0,0,0)。将“PSU Heat FLOTHERM/ V7.1 Page 7

FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box = 75 mm Y = 40 mm Z = 50 mm mm; mm; mm. PSU Heat”进入‘Source Source 右键点击“PSU Heat Source’(热源)。 25 Watts”的热源, 编辑我们在练习 2 中已建立的名为“25 Watts 5 Watts”。 将其更名为“5 Watts Define Source Option’(热源选项)窗 点击 ‘Define Define’(定义)进入 ‘Source Option Total Source’(总功耗)由 25 W 改为 5W 5 口。将‘Total Source 5W。将“5 PSU Heat”。 Watts Watts”应用于“PSU Heat

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电源的第二个部分就是流场阻尼。 PM PSU Heat”。从调色板 在项目管理窗口(PM PM)中,选中“PSU Heat Volume 中选择一个‘Volume Flow Resistance Resistance’(体积流动阻尼) PSU Heat”尺寸相同的名 。这样就可以创建一个与“PSU Heat Resistance 为“Resistance Resistance”的体积流阻。通过右键点击它进入 Location ‘Location (安置)可以检查它的尺寸和位置。 Location’ Resistance PSU Blockage”。 双击”Resistance Resistance”将其更名为“PSU Blockage PSU Blockage”进入‘Resistance (阻尼)菜 Resistance 右键点击“PSU Blockage Resistance’ New 单。单击‘New New’(新建)创建一个新的阻抗属性。其名为 PSU resistance”。 “PSU resistance Resistance Type’(阻尼类型)改为‘Volume Volume 将‘Resistance Type Volume’(体积)。 Loss 将‘Loss Coefficient Based On On’(损失系数基于)设为 Device Velocity’(设备速度)。在‘Free Area Ratio 项中 Free ‘Device Velocity Ratio’ Loss Coefficient’(损失系数)设为“5” 1/m 5 输入“0.3”。 ‘Loss Coefficient 。 保证以上设置被应用于此阻抗的 Xo Yo 和 Zo 三个方 Xo, OK 向上。点击 ‘OK OK’(确定)退出此窗口。 PSU resistance” Flow Resistance’(流动阻尼). 将“PSU resistance 应用于‘Flow Resistance

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 现在让我们在 PSU 组件的中心放置一个监控点 Monitor Point) (Monitor Point PM PSU Blockage”并点击 在项目管理窗口(PM PM)中,选中“PSU Blockage Monitor Point’图标 。这样, 调色板中的监控点‘Monitor Point Monitor Point’(监控点)的位置就会在“PSU”组件的中 ‘Monitor Point 心。在绘图板中检查一下。 Monitor Point’ PSU 编辑名称‘Monitor Point’,将它改为“PSU Temperature Temperature”。 备注: 默认的情况下温度被监测,但是其他的变量(X, Y, Z 速度以及压力)也被存储在监测点。 由于边界条件已被改进,如果目前的网格定义足以解 决此改进的模型,那麽就可以回到显示网格状态下。 g 单击键盘热键“g”,在绘图板中激活网格。 System Grid’(系统网格)。检查网格 ) 点击图标 进入‘System Grid grid 纵横比(grid aspect ratio ratio)。其值应大于练习 2 中的值。 这是因为定义了更小的几何体(板厚为 1.6 mm)。 Fine 要减少网格的纵横比,单击‘Fine Fine’(精细),再检查此时 aspect ratio)。 的纵横比(aspect ratio) 网格纵横比的重要性会在讲义 5A 中进行讨论。

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 点击图标 ,保存此项目文件。 PM Solve/Sanity 在项目管理窗口(PM PM)中,选择菜单[Solve/Sanity / Check Check](求解/错误诊断)。这样您就会在弹出的消息窗 Dismiss 口中看到一条诊断信息。点击’Dismiss ‘(离开)关闭此窗 口。 点击图标 开始求解并出现收敛曲线窗口。 由于此项目没有再进行初始化,所以求解过程从上次 heat 的曲线终点开始继续进行。并保存热场数据(heat transfer field ,在此就是保存练习 2 的结果。 field)

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为了查看监测点‘PSU Temperature’, 我们必须刷新监测 点与叠代绘图。 点击 ‘Create New Plot’(创建新图)图 标 , 在 ‘Type:’ ( 类 型 ) 下 选 择 ‘Monitor Point v Iteration’,点击 OK 确认。弹出一‘Plot Parameters’ (图 形参数)对话框,点击‘OK’确认。在新图中监测点值 将被刷新。 点击右上角的 X 关闭原来的‘Monitor Point v Iteration 1’。 两个监控点的温度值分别为: Box_Temperature = _______ C PSU_Temperature = _______ C

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 点击 ‘Launch Visual Editor’(启动可视编辑器)图标 打开后处理窗口。 按 “i” 创建切换至机箱等视图。 通过点击图标或使用热键 F9 切换至选择模式 下。

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PM Wall 在项目管理窗口(PM (Wall (High Y) PM) Y))选中机箱顶部并 按 F12 键将其隐藏。这样您就会看到机箱内部的情 况:两块 PCB 板和一个电源 一旦机箱顶部被隐藏了,左键单击空白处,取消对它 的选择。

点击图标 创建显示温度平面,它会自动位于机箱 Y 方向的中点。 拖动操作器移动平面。 按 “w”将实体转换成线框结构 。 通过将‘Axis’(轴)从 Y 改成 X 或者 Z,改变平面的方 向。 切 换操 作 模式 为 ‘Manipulate Mode’ (旋 转模 式),然后按下鼠标左键再同时按下鼠标中键,向上 移动缩小视图,向下移动放大视图。 X Y Z 使用键盘热键“X”, “Y” 或 “Z”创建项目视图。并将视图 从透视图 转换为笛卡尔视图 。

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FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 确保选中‘Show Tooltip Cell’(单元值小条显示),每 个平面都可以探测出具体的数值。 在选择模式下,将鼠标在平面上移动。 您可以看到随着指针位置的移动会显示不同的温度 值。使用控制器在 X, Y, 或 Z 方向上移动可视化平面, 探测其变化。 选择‘Annote’(标记)图标 ,左键单击某处将会留 下标记。在标记列表中选中某标记,然后点击删除 ‘delete’图标 将删除该标记。

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要对平面进行修改的话就首先先选中该平面,如 ‘plane1’。注意,点击‘Clone’(克隆)图标 将创建一个 面的新拷贝, 点击 ‘Delete’(删除)图标 将删除选中的 面. 将平面方向更改至 X 方向。将可视化平面设在机箱中 间。 切换 ‘Fill Type’(填充类型)为‘Contour Lines’(等高 线),增加‘Number of Contours’(等高线数目). 选中‘Show Grid’在面上显示网格。 选中‘Show Vector’显示速度矢量。 点击 保存在可视编辑器里的操作,然后关闭可视编 辑器。 FLOTHERM/ V7.1 Page 12

FLOTHERM V7 Introductory Training Course Tutorial 3 – Refining Heat Gains in a Simple Electronics Box 另外一种分析结果和抽取数值(诸如流速)的方法是使用 表格窗口。 PM 在项目管理窗口(PM PM)中点击位于可视编辑器图标下方 的表格窗口图标 。表格窗口将打开不同几何体的有 关位置、尺寸等的详细几何信息。 Select Table’(选择表格)图标 。由于我们对流入 单击‘Select Table Results 流出打孔面的流量感兴趣,因此我们在‘Results Results’(结果) Collapsed Resistances’(压缩阻尼)及 选项中选择‘Collapsed Resistances SmartPart Detailed’(简单部件详细)。点击‘OK OK ‘SmartPart Detailed OK’(确定) 关掉此窗口。 Display 要显示含有打孔面信息的表格,点击‘Display next table table’(显示下一表格)图标 。 对每一打孔面,注意其流入流出的气体流量。表格 Volume Volume 中’Volume Flow in in’表示流入机箱的流量,’Volume Flow out out’表示流出机箱的流量。 检查每个板的净体积流量。您会发现气流主要从下底 Low Low Plates” 板 (“Low Y Plate 流 入 , 从 侧 面 (“Low Z Plates 和 Plate”) High Plates”)流出。从“Low Z Plate Low Plate”板面流出的气 “High Z Plates High Plate”板面流出的多。 流比从“High Z Plate

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