還用再去煩熱的問題嗎？
“對我來說，能夠在工程設計前期與電子設計工程師密切合作是很重要的，只有這樣，我們才能在仍然有機會改變元件布局布線和電路板設計的時候檢測和確定各種熱設計解決方案，例如：添加銅介質(zhì)層或熱過孔以降低主要元件的溫度”。
通常情況下，工程師們會采用現(xiàn)成的設計方案，創(chuàng)新的設計僅作為第二位考慮。鑒于要在有限的時間內(nèi)生產(chǎn)出合格的元件，工程師們不得不采用他們知道的解決方案，而無法對各種可選設計方案進行試驗。
這不僅應用于冷卻系統(tǒng)，PCBs及其它電子元器件的熱分析，而且還用于各種機械和電氣元件的設計。傳統(tǒng)方法對元件進行熱分析所用的時間限制了重復設計的數(shù)量，不能達到工程師所希望的要求。如果可能，工程師會考慮更多情況，相應的也會需要多次的重復設計。
但是，如果我們可以從完整的交互式元件庫中創(chuàng)建這一系列設計方案，并能在傳統(tǒng)設計所用的時間內(nèi)完成對它們的測試，工程師們就可以突破這一束縛，開拓更多全新的方法解決熱問題，優(yōu)化元件的熱性能，生產(chǎn)出更高性能的元器件。
Flomerics公司的Flotherm是業(yè)內(nèi)領先的熱分析軟件，它的設計級分析工具正可以提供上述功能。自七八十年代起，F(xiàn)lomerics公司就從事熱流體分析軟件的開發(fā)研制，主要針對專業(yè)化的工程項目，對生產(chǎn)力基本沒有影響。Flotherm軟件是八十年代后期誕生的，它是第一個商業(yè)性的熱分析軟件，即便不是專家，也能通過Flotherm軟件的熱流體分析獲得有利于生產(chǎn)的解決方案。
正如所有流體分析軟件一樣，F(xiàn)lomerics公司的熱分析軟件也是基于Navier Stokes流體力學經(jīng)典公式（該公式根據(jù)十九世紀著名的工程物理學先驅(qū)法國的Claude Navier和George Stokes的名字命名）。Navier從事實際應用領域諸如工程，彈性和流體機械等方面的研究。1821年，他為解決非壓縮流體力學問題的Navier-Stokes經(jīng)典公式建立了最初的算法和基本公式，1822年，他建立了粘性流體公式。他不僅是道路橋梁建筑方面的專家，而且他還是提出吊橋理論的第一人，在此之前，吊橋僅是一種實驗性的理論。
George Stokes是愛爾蘭數(shù)學家、物理學家。他研究流體力學，彈性固體，彈性介質(zhì)波以及波的衍射。盡管生于Navier之后，但他在推動流體力學研究和建立支持流體力學的數(shù)學原理的公式上卻發(fā)揮了不容忽視的作用。
Navier-Stokes經(jīng)典公式是建立在流體非壓縮性特性的基礎上，它闡述的是質(zhì)量、動量和能量在經(jīng)歷任何過程后都不會減少。如果對一物體施加外力，它會在力的作用點以同等大小的力反作用于施力物體。將這一過程分為有限單元，就像在進行有限元分析時劃分網(wǎng)格一樣，我們認定任一外力通過此模型的同時會對相鄰元素產(chǎn)生累積作用力。
非壓縮流體的Navier Stokes方程是流體力學機械設計的數(shù)學理論的一個里程碑，它可以解決許多復雜的流體問題和熱問題，在CAD設計領域中稱為計算流體力學。實際上，它是介于根據(jù)可逆理論分析大系統(tǒng)分子相互作用的Liouville方程和用于許多工程科學（從航空設計到氣象預報）中紊流分析的復雜模型中間的一種分析方法。
在Flomerics的案例中，基本元的劃分基于Navier Stokes公式中假定的笛卡爾網(wǎng)格—其它流體分析公司采用四面體網(wǎng)格劃分，與FEA中使用的方法相似。
Flomerics公司最近版本的軟件又有了另一方面發(fā)展，在設計級分析過程中結(jié)合了三個基本概念，目的是要滿足電子工業(yè)中工程設計人員的特殊需要—設計流程整合，快速優(yōu)化設計以及過程集成化。
設計流程整合
熱分析過程的主要部分是創(chuàng)建分析模型—裝配所有的電氣元件。設計流程整合就是使用常見模型的庫，并結(jié)合模型的性能，從而加快對高級模型的定義。用戶不用從零開始自建模型，只要通過Flomerics公司的SmartParts工具就可以從庫中直接組裝。Flomerics公司的軟件還提供了與MCAD和EDA設計工具之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，因此用戶可以導入已創(chuàng)建的模型進行熱分析。
快速優(yōu)化設計
快速優(yōu)化設計加快了分析模型的速度，可以在原先僅能求解一個解決方案的時間內(nèi)分析一系列的解決方案。這樣，用戶就可以選擇最佳的設計方案了。結(jié)合設計流程集成化，整個設計分析過程就會變得非常強大。
為了加快設計速度，F(xiàn)lotherm擁有自動網(wǎng)格劃分功能。另外，F(xiàn)lotherm還允許通過網(wǎng)絡進行分布式計算，為熱分析過程中復雜的求解過程提供了非常強大的處理能力。
過程集成化
熱分析可能被其它因素影響，例如：電磁兼容性，可靠性和應力。過程集成化就是創(chuàng)造一個能夠解決內(nèi)部相關的設計問題的環(huán)境，在這個環(huán)境下，各專業(yè)獨立的設計團隊可以針對問題的各個方面進行合作，從而在短期內(nèi)得到一個最優(yōu)的解決方案。
VALEO ELECTRONICS
如果您到Flotherm的網(wǎng)站上瀏覽一下，您會發(fā)現(xiàn)Flotherm對熱問題的解決方案覆蓋了工業(yè)設計中相當大的范疇。這一軟件是大多數(shù)從事電氣電子元器件和設備生產(chǎn)的公司所需要的設計工具。在自動化領域中，Valeo電子連接系統(tǒng)公司就是這樣一個客戶。
Valeo法國分公司需要確定電子發(fā)動機控制單元的可靠性，這個控制單元決定著一個引擎冷卻風扇的轉(zhuǎn)速。該公司已廣泛地使用了Flotherm軟件，并決定再次用它解決這種特殊的熱仿真問題。這種電子發(fā)動控制單元是一個密閉的由鋁和塑料制成的箱體，置于一個極端惡劣的環(huán)境中—距離發(fā)動機很近，而且環(huán)境溫度高達120度。Valeo的工程師Marc lliozer使用熱仿真和紅外成像能夠既快又準地預測控制單元內(nèi)部敏感元器件的溫度，并確保所有的元件能夠在所要求的溫度范圍內(nèi)工作—尤其是確保它們的可靠性。
在修正板上的關鍵元件的位置之前，在設計過程一開始就進行詳細的，板級熱仿真。Marc說：“對我來說，能夠在早期與電子設計工程師緊密合作是非常重要的，只有這樣，我們才能在仍然有機會改變元件布局布線和電路板設計的時候檢測和確定各種熱設計解決方案，例如：添加銅介質(zhì)層或熱過孔以降低主要元件的溫度。”
“通過這種方式，我們可以快速的找到一個既滿足電子設計要求又符合熱設計要求的最終解決方案”整個設計過程，采用熱仿真和測量法相結(jié)合的方式，使用紅外照相機和熱電耦測量法驗證熱仿真結(jié)果。我們可以看到即使針對的是PCB板上銅布線這樣的詳細模型（其處于一種被稱為“Joule heating焦耳加熱”現(xiàn)象的非線性加熱環(huán)境中）和元件自身熱傳導性隨溫度改變的情況，紅外測量結(jié)果和熱仿真結(jié)果都有非常好的一致性。
Marc還說：“這些比較證實了Flotherm軟件預測的溫度是正確的，這使我們充分相信發(fā)動機控制單元的樣機完全符合散熱要求。同時，仿真使我們不僅加快了設計而且優(yōu)化了設計，減輕了產(chǎn)品重量，從而降低了生產(chǎn)成本。對于像控制單元這種大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，所節(jié)約的成本是相當可觀的。”
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