CAE仿真“热设计、Ansys稳态热/瞬态热及Icepak热仿真”专题培训

模块

主要内容

一、电子设备的

热设计

1、风冷机箱的设计原则、工程实例

1.1风冷机箱设计的17条基本原则、风扇的种类、抽风和鼓风的特点

1.2机箱的强制风冷散热设计：风量计算、风扇选择、风机的串联和并联、P-Q曲线

1.3 常用的机箱风道设计案例

案例-1:鼓风/吹风式风道、抽风式风道、独立风道

案例-2:常用风冷机箱设计实例

案例-3:风道案例—夹心式风道

1.4 风冷机箱设计工程案例

案例-1:封闭式舰载机箱的热设计

案例-2:开放式车载机箱的风道设计

案例-3:风冷机箱中风扇与模块距离的优化、进风口高度、出风口高度设计案例

案例-4:应用热交换器的密封机柜的风冷设计

案例-5:风冷机箱串联风道、并联风道的设计

案例-6:抽风和鼓风方式的选择、机箱小型化设计

案例-7:密封机箱风道设计、散热器的结构优化

案例-8:便携式风冷机箱进风口的优化设计

案例-9:1U机箱侧壁小型风冷散热设计

案例-10:风道设计、导流板的设计、水平安装的并联风扇的布局

案例-11:抽风和鼓风方式的对散热效果的影响。

案例-12:风扇垂直安装时鼓风设计、抽风设计的比较

案例-13:风冷机箱内导流罩的设计 

案例-14:风扇安装位置的优化

案例-15:密封机箱侧壁作为风道的优化设计

1.5机柜缝隙对散热的影响、鼓风风扇和抽风风扇的选择

1.6 风冷板的型号、结构参数、风冷特性（铝制锯齿形翅片散热器）

1.7行业通用风扇：Ebmpapst 交直流紧凑型风扇的选择、最佳工作点

二、液冷设计

原则

1、设计要点、流量

2、冷板流道的设计：串联流道、并联流道、串\并联流道、微通道

3、液冷板实物 

4、液冷传热的优缺点、工质流速

5、液冷应用案例

案例-1:T/R组件液冷板的3种流道性能比较

案例-2:液冷板单层流道与双层流道比较、几种结构的多层流道的比较

案例-3:液冷冷板加强散热区域散热翅片的结构分析

案例-4:液冷板流道内设计电子束表面造型对散热的改善

案例-5:T/R组件内置液冷微通道的设计

2.5.6 复杂冷板的模型创建

案例-6:液冷机箱流道的设计 

案例-7:液冷板流道结构设计

案例-8:液冷板并联流道和串联流道方案比较案例 

案例-9: 液冷板微通道4种加强散热肋片结构的散热性能比较

三、热设计

热设计基础、散热器设计、IGBT热模型、强化散热设计、热设计原则

1、综述：电子设备热设计目的、IGBT热失效方式

2、术语：热传导、对流传热、辐射、接触热阻、稳态传热和瞬态传热

2.1常用材料的热导率（IGBT详细模型属性、PCB热导率自动计算）

2.2 PCB热导率自动计算               

2.3 对流换热的种类：自然冷却、风冷、液冷

2.4自然空气对流制冷时散热器流向、不同海拔高度自然对流和风冷的考虑

2.5热辐射、自然对流散热的热分析中是否考虑辐射散热的数据比较

2.6接触热阻的参数模型

2.7 稳态传热和瞬态传热、ICEPAK瞬态分析中线性时间步进的设置

3、器件模型：TO220详细模型、 IGBT详细模型、 IGBT的双热阻模型

3.1芯片热阻：结壳热阻、结板热阻、TO220详细模型

3.2 IGBT详细模型：的结构数据和材料属性、IGBT的双热阻模型

3.3 IGBT 模块结温的瞬态分析

4、散热器设计

4.1 散热器的基板厚度、肋片厚度和肋间距与热阻关系

4.2 肋片散热器的设置：流向、肋片厚度、间距   

4.3小型化、轻量化散热器设计

5、强化散热设计

5.1电阻器、稳压器、集成电路、功率管散热措施

5.2全密封机箱的传热路径分析 

5.3功率芯片、钼铜片载体、盒体、冷板装配、减小热阻的措施

6、自然对流冷却时散热器设计要点

7、热设计的10条原则、热设计与抗振动和冲击结构设计的关系

8、常用的几种散热方法、自然对流散热仿真

9、自然空气对流散热的2种设置方法

四、均温板、平板热管、热管的应用

1、热管冷却的特点、平板热管、均热板

2、热管重要特性：热管长度、弯曲角度、热管数量、打扁、瓶颈

4、热管应用案例

案例-1:柔性导热索、柔性热管的应用  

案例-2:均温板和风冷在组件热设计中的应用案例

案例-3:功率放大器盒体内嵌均热板的案例

五、相变储能板在弹载设备中的应用、热电制冷的应用

1、相变材料的应用、种类、特点

2、相控阵天线应用金属泡沫为骨架填充石蜡类的复合相变储能冷板控温的案例

案例-1:功放模块中相变热沉模型、误差分析

案例-2:相变材料填充在密集肋、稀疏肋、泡沫铝、泡沫铜、锯齿型材结构的冷却效果比较

六、前沿的制冷法、新材料

1、制冷方法：微通道液冷、液体喷雾冷却、液体喷射冷却、纳米流体

2、新型材料

2.1硅铝、碳硅铝材料、金刚石/铜超高导热复合材料特性

3、金刚石/铜超高导热复合材料用于芯片封装材料、GaN 大功率管的详细模型的热

仿真

4、金刚石/铜超高导热复合材料用于大功率器件载体、GaN芯片的热仿真模型和材料

属性

5、硅铝材料用于大功率器件盒体、T/R组件的材料属性

6、新型热界面材料：陶瓷、碳材料、杂化材料、三维导热网络材料

七、Ansys Workbench 的稳态热、瞬态热、热力耦合、nCode热疲劳寿命

Ansys Workbench在工程应用中的热仿真、热力耦合仿真 

1、WB中的稳态热、瞬态热分析模块

1.1几何结构、稳态热、瞬态热、静力分析、瞬态动力分析的关联

1.2 温度循环热载荷条件下的热应力分析

1.3 工程数据：增加新材料、选择库中的材料、复制材料

1.4 稳态热、瞬态热的热边界条件和热载荷

1.5 接触的热传导、接触热阻 

1.6 稳态热、瞬态热的后处理

2、WB稳态热、瞬态热仿真案例

案例-1:WB稳态热仿真案例：电路板和芯片的稳态热仿真

案例-2:WB瞬态热仿真案例：电路板和间断工作的芯片的瞬态态热仿真

案例-3:WB 瞬态仿真案例：热源间断工作时热耗的设置、时间步进的设置

案例-4:稳态热分析案例：设备内部热源安装导热铜板的热分析

3、稳态热、瞬态热疑难问题详解及仿真案例

3.1 由潜热、密度、比热容近似计算水的焓值的方法。

实例-1:水的相变热分析 

实例-2:金属冷却的相变热分析

热仿真实例-3:稳态热分析模块中的电路板包含布线和过孔的热仿真

4、热力耦合仿真案例

实例-1:循环热载荷和力载荷下的力学分析        

实例-2:温度循环试验条件下的热应力分析

实例-3:热分析耦合到静力分析

案例-4:铝环铜芯热应力的仿真分析与工程应用

裂纹(热应力)仿真案例-1:热应力对裂纹扩展仿真

八、几何结构在DM和SCDM中的简化处理、稳态热/瞬态热分析

1、结构在DM中的特殊处理：概念建模(面体和线体）、结构的简化处理

实例-1:几何模型在DM中创建多体部、稳态热/瞬态热中网格尺寸中影响球的应用

实例-2:在DM中概念建模/切割/布尔/冻结/多体部件操作、在稳态热分析中的网格划分及后处理

实例-3:复杂结构在DM中的修复和简化、稳态热和瞬态热分析

2、SCDM几何结构模块默认界面的恢复

3、几何结构在 SCDM中的特殊处理、2D模型的创建

操作实例-1:复杂结构在SCDM中修复、简化处理的几种方法

操作实例-2:在SCDM中的结构拓扑共享（DM中的多体部件）

4、在稳态热、瞬态热分析中MESH的5种划分网格的实例

九、nCode热疲劳寿命仿真

1、nCode DesignLife的分析类型、设计寿命的关联和数据调用

2、nCode的工程数据导入Ansys Workbench工程数据源中的操作

nCode热疲劳寿命仿真案例-1:在恒定热载荷和恒定压力循环载荷下的应变疲劳分析

nCode热疲劳寿命仿真案例-2:在变化的热载荷和恒定压力循环载荷下的应力疲劳分析

十、Icepak在工程应用中的

热仿真

用 Icepak分析复杂工程案例的处理技巧

1、在Icepak中模型的简化处理、用稳态热和Icepak两个分析软件的比较

2、在Icepak中用level3简化的机箱壁上的风扇网格质量的改善方法

3、把复杂的风冷机箱结构转换为Icepak模型的工程实例

Icepak仿真案例-1:异形密封空间的建模和设置

Icepak仿真案例-2:真空环境、异形密封空间的仿真

Icepak仿真案例-3:异形CAD用level3简化后传输到Icepak中的对齐操作

4、在Icepak中提高异形CAD网格质量的两种方法

十一、Icepak热分析软件介绍

1、使用Icepak 热分析模块的注意事项

2、导入CAD出现错误时的处理方法

3、Icepak 主菜单介绍

4、问题设置problem settings

5、求解设置solution setting：迭代次数设置、不收敛原因

6、网格划分：三种网格介绍、网格质量检查、非连续网格设置要求

7、瞬态分析设置：固定时间步进、线性时间步进、方波时间步进、脉冲热源功率设置

仿真案例-1:变化的环境温度分析  

8、轴流风扇的性能设置

9、离心风机的设置、库中风扇的搜索、风冷仿真常见错误

十二、Icepak热  仿真实例

实例-1:风冷机箱、detail电路板的平面和法向热导率的自动计算、风冷机箱仿真

实例-2:考虑自然对流、辐射散热的仿真

实例-3:针状散热器的连续网格和非连续网格的比较

实例-4:风冷机柜和局部Zoom-in模型分析

实例-5:详细BGA封装器件模型、PCB模型、HS基板的加强散热铜板、相切装配体

实例-6:PCB电路板和元器件的导入

实例-7:芯片/电路板的布线、过孔文件导入

实例-8:封装芯片的导入

实例-9:相变材料的热仿真

实例-10:自然空气对流与辐射散热案例：PCB、热源、散热器

实例-11:风冷案例：PCB、热源、散热器

实例-12:液冷考虑自然对流散热的仿真及改进设计

实例-13:自然对流散热时散热器的优化仿真

实例-14:复杂机箱内部散热器的优化

实例-15:热力耦合分析：Icepak的热分析耦合到静力分析

实例-16:太阳热辐射载荷分析

实例-17:空调模型分析  

十三、几何结构在DM和SCDM中的转换为Icepak模型

操作实例-1:电子机箱模型在DM中 转换为Icepak接受的模型

操作实例-2:复杂机箱在DM中转换为Icepak接受的机箱模型

操作实例-3:在DM中建立冷板内的液体工质模型

操作实例-4:电子机箱模型在SCDM中转换为ICEPAK接受的模型

操作实例-5:在SCDM中创建冷板中的液体工质模型

十四、Flotherm热分析软件简介

仿真实例-1:用EDA接口处理考虑布线、元器件的PCB自然对流分析

1、液冷分析在Icepak 和Flotherm中的比较