SOLIDWORKS Flow Simulation：EFD 缩放 - 如何优化设计

SOLIDWORKS Flow Simulation：EFD 缩放 - 如何优化设计

文章来源：solidworks代理商-卓盛信息

通常，项目会考虑同一设计的几种不同模型。通常不清楚哪种解决方案是最好的以及哪种解决方案最适合我们的示例。为了验证这一点，您可以执行多次计算机模拟。然而，该解决方案可能非常耗时。因此，SOLIDWORKS满足了预期，添加了EFD缩放功能。它是什么以及它的用途是什么？

EFD 缩放只不过是一种建模技术，允许用户使用稀疏网格对先前求解的较大域的小子区域执行计算。无非就是将边界条件转移到计算域的更小区域。EFD Zooming 流动模拟的功能将通过为主集成电路选择更好的散热器形状，同时考虑电子外壳中的其他电子元件来展示。

电子外壳以及所考虑的主集成电路散热器的装配模型如下图所示。安装在外壳入口处的风扇将空气吹过外壳到达排气槽，以冷却作为热源的加热电子元件。平铺的主芯片固定在由绝缘体制成的主板上。为了更好地冷却主系统，其相对的平坦表面覆盖有散热器，通过风扇的气流进行冷却。

被测元件是电子系统

该问题的工程目标是在外壳中的其他条件不变的情况下，使用两种考虑的散热器设计之一来确定主集成电路的温度。因此，这两种竞争形状之间的冷却能力差异将被确定。

可能的散热器类型。数字 1 - 所有肋条长度相同，数字 2 - 肋条长度不同

从图 1 中可以看出，除了主散热器之外的所有元素均以基本实体的形式呈现。这是因为它们对主 IC 的温度没有影响。另一方面，每个散热器的建模精度都足够高。
为了解决上述问题，SOLIDWORKS Flow Simulation 提供了两种不同的解决方案。

第一个是直接计算电子系统内部所有电子元件的整个流量。为了正确地再现散热器的传热过程，应使用密集的局部网格来捕捉散热器薄翅片的形状。

在第二种两步 EFD 缩放方法中，通过以下步骤解决了相同的问题：

1. 以低结果分辨率水平计算整个电子外壳内的整个流动，无需解决精细散热器特征（因此指定长方体包络而不是散热器的梳子形状）并禁用传导选项。

2. 在主 IC 周围的较小计算域中计算通过真实梳状散热器的流量，使用“转移边界条件”选项将第一阶段计算结果视为边界条件，在散热器的窄通道和薄翅片中指定精细计算网格解决它们，并启用传导选项。

第一阶段计算执行一次，然后用于针对每个散热器形状执行的第二阶段计算。在这篇文章中，我们重点讨论第二种方法。
如第 1 点中所述，计算是在粗网格和散热器（表示为长方体）上执行的。

散热器的简化模型

边界条件设置为出口处的大气压。所选风扇为 400 系列风扇，型号为 405。

风扇特性

风扇特性

然后指定哪些表面是热源。在这种情况下，决定小芯片的功率为 5 瓦。主芯片和散热器功率相同。然而，选择了铝作为材料。

边界条件

然后，确定入口和出口处的质量流量。对以这种方式设置的选项进行了计算。
执行计算后，上传几何图形，其中实际对散热器进行建模。最初，决定选择型号 1，即所有肋骨长度相同的型号。然后可以进入第二阶段，即确定主集成电路的温度。为此，使用“转移边界条件”选项在主 IC 周围的较小计算域中计算散热器上的流动。这使得测试域接受第一阶段的计算结果作为边界条件。为了计算固体的温度，打开传导选项。由于在此阶段计算域显着减小，因此即使我们在计算过程中考虑固体中的热传导，也可以在散热器的狭窄通道和薄翅片中构建具有可承受单元数量的精细计算网格。

为了获得第二阶段可靠的计算结果，必须确定满足以下条件的计算域边界（为与全局坐标系的X、Y、Z平面平行的平面）：

● 从第一阶段计算中获取的这些边界处的流动和固体参数必须尽可能均匀

● 边界不能距离所研究的物体太近，因为在第一阶段的计算中尚未解析物体的特征。计算域必须足够大，以免受到新添加对象的更复杂特征的影响

● 转移到边界或在边界处定义的边界条件必须与问题的假设一致（例如，如果在所考虑的问题中主板由导热材料制成，则用边界切割主板是不正确的）计算域，因为这将导致集成电路通过主板产生不正确的热通量）

在查看了所有条件后，决定选择如下图所示的计算域。

减少计算域

定义计算域后，现在可以使用“转移边界条件”选项。选择 Xmax、Ymin、Ymax 作为应分配边界条件的边界。

计算域墙的选择

然后，选择必须传输边界条件的模拟。为此，选择了第一阶段进行的模拟。下一步是选择边界条件的类型。所有可能的选项如下图所示。

选择条件类型

● 环境类型涉及下载先前计算的结果并分配计算域边界处的流动参数作为初始条件。

● 脉冲类型的工作原理非常相似，只是它提供的是流体脉冲值而不是速度

● 速度类型的处理方式与速度边界条件相同

● 静压类型被视为静压边界条件

● 总压力类型被视为总压力边界条件

在这种情况下，决定使用“Ambient”选项。
下一步是为主集成电路分配 5 瓦功率，并为其分配硅树脂作为材料。外壳本身和主板被制成绝缘体。

为外壳和主板分配材料

下一步是分配计算单元。选择主芯片和散热器的最高和平均温度作为目标。然后，创建密度级别为 4 的全局网格并检测宽度为 0.00254 m 的间隙。
对这些选定的设置进行了模拟。所得结果如下所示。

第一个散热器 XZ 平面上的温度图

第一个散热器在 XY 平面上的温度图

第一个散热器在 YZ 平面上的温度图

第一个散热器计算单元的数值

下一步是将解算器设置复制到使用 2 号散热器的情况并执行相同的操作。第二种情况的结果如下。

第二个散热器 XZ 平面上的温度图

第二个散热器 XY 平面上的温度图

第二个散热器 YZ 平面上的温度图

第二个散热器计算单元的数值

为了比较结果，使用了“比较”选项。正如您所看到的，两种模拟之间存在显着差异。

两种情况下计算单元的比较

正如您所看到的，2 号散热器的温度明显较低。在上面的等高线图中也可以观察到同样的情况，其中第一个散热器的温度要高得多。
结果在很短的时间内就得到了。为了在不使用 EFD 缩放的情况下获得相同的结果，必须花费更多的时间。相比之下，使用 EFD Zooming 对第一种散热器的计算需要 50 秒，而从直接模拟中获得结果则需要 174 秒。这使得等待结果的时间延长了 3 倍！
但是，您还应该注意结果的准确性。将 EFD Zooming 与直接法进行比较时，结果差异约为 9%。

EFD Zooming 和直接模型的结果比较

因此，应该得出结论，EFD Zooming可以让您更快地了解计算结果，但其结果与直接计算不同。由此可见，EFD 缩放是找出项目版本更好的合适方法。然而，为了知道正确的仿真结果，建议对整个计算域进行直接仿真。

一如以往，谢谢阅读，快乐阳光！——SOLIDWORKS代理商（SOLIDWORKS 2024）