Flotherm高級培訓:瞬態分析 Transient
段宗憲 Flomerics中國代表處
熱仿真http://www.refangzhen.com 25min

Flotherm瞬態分析
  開機瞬態;
  關機瞬態;
  故障瞬態:冷卻設備發生故障,如風扇失效;
  變化功耗的瞬態;
  變化環境溫度的瞬態;
  初場;
  材料密度+比熱容;
  時間步上的離散;
瞬態所需要的參數:

瞬態特性
TC=ρ V Cl/kA
時間常數:熱阻*熱容
經驗公式：開機經過5*TC時間后，固體大致達到熱平衡。

瞬態特性
時間常數的求解方法：t時刻一固體的溫度值估計公式，可借助該公式求解TC：

Flotherm瞬態分析步驟
1) 同穩態分析一樣建立求解模型(材料的密度和比熱容)；
2) 設定求解初場；
3) 設定瞬態變化物理量(變功耗變環境溫度其它)；
4) 劃分求解時間步；
5) 設定需保存結果的各時間步；
6) 求解分析；
7) 后處理；

Flotherm瞬態的初場
初場的定義：
2)Initial Variables；
1)Global System Settings；
3)Subdomain

Global System Settings的功能:
1)初場(優先級較initial variables小)
2)邊界條件(優先級較ambient小)
3)浮升力、輻射計算基準

Initial Variables:
1)定義一固定值的初場
2)調用其它計算好的結果作為初場
模型可以不一致,網格必須一致

Subdomain:
定義求解域內不同值的物理量

瞬態分析必須保證密度和比熱容屬性的存在!!
瞬態參數-密度、比熱容
Thin Plate
Compact Component
2R model
V7.1新功能：熱容網絡模型

任何Collapsed的Cuboid或Enclosure
Wall都不具備熱容屬性
芯片的雙熱阻模型或熱阻網絡模型也不具備熱容屬性

瞬態函數的設定
Transient Function
變化物理量=穩態設定值* Transient F

Flotherm瞬態函數的設定
采用曲線輸入
函數形式輸入

時間步的劃分
Total Transient Time:
Start Time:設定整個瞬態求解的起始時間
End Time:設定整個瞬態求解的終止時間
Transient Solution Period:
Start Time:本次求解時瞬態計算起始的時間
Duration: 最大充許的時間步
Keypoint Tolerance:最小充許的時間步

軟件會自動跟據瞬態函數的周期和忽變點上劃分時間步

變化環境溫度的設定
流體物性的計算
如果環境溫度變化太大：
Fluid Property選擇Ideal Gas Law而非Constant
1)流體的物性應隨溫度值變化
2)自然浮升力的計算應基于變化的流體密度

瞬態分析的收斂性
最大迭代次數N的設定必須合理，否則每一次計算如果都無法完全收斂，則每一個時間步都必須計算完最大的迭代次數N。
最好采用收斂準則：
Monitor Point Convergence For Temperature
收斂準則：采用穩態收斂準則
因瞬態計算包括非穩態項在內，故時間步的劃分同網格的劃分一樣，都會對計算的誤差起影響，同網格一樣，時間步也必須足夠密到能夠描述所發生的變化

瞬態分析的收斂性
總功耗=穩態功耗值* Transient F
收斂準則=穩態功耗值/200 !!!!!
例：某總功耗為200*F(t)W，設定方法如下兩種：
1)穩態功耗值=200, F(t)=X[0,1]，收斂準則為1W
2)穩態功耗值=1, F(t)=X[0,200]，收斂準則為0.005W
注意：在瞬態分析中，如果某一時間步上的計算沒有良好的收斂，則計算的誤差會累積到以后時間步的計算當中。

瞬態分析的后處理
FLOMOTION
1)首先在解算前必須保存某時刻點的計算結果,Menu[Model->Save Transient Data]
2)FLOMOTION后處理調入相應時刻點的溫度場,Menu[File->Load Time Data]
3)Table后處理調入相應時刻點的溫度場, Menu[Edit->Mode->Display Result->Display Transient Data]
瞬態分析的后處理Profile中,可借助Monitor Point描述出元器件某處溫度隨時間的變化關系

Flotherm資料下載: FLOTHERM軟件高級培訓PPT.pdf

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