使用热有限元求解器在PCB热管理
温度为3 d地图热有限元求解器进行求解。注意债券线和针SMD集成电路。
世界是由微分方程,可以感谢牛顿和莱布尼茨提供了解微分方程的基本数学工具。这些方程在描述自然现象一样重要,确定分析方法解决方案仍然是数学研究的一个主要话题。困难(或不可能)来解决这些方程,数值和矩形筏基技术通常用于生产准确的解决方案。
数值和矩形筏基解算法往往是派生的非常具体的系统方程。然而,一个一般类的问题可以用高精度数值求解对流流体流动问题。热有限元分析(FEA)模拟器,考虑流体是理想的工具来评估热管理策略和建议为一个真正的PCB设计的变化。让我们看看热的方式解决有限元分析能帮助你的热管理策略和如何解释结果。
为什么要使用热有限元解算器?
微分方程在复杂几何图形很难解决分析。与实际系统在大多数情况下,只存在一个分段的解决方案,使一个解析解在整个系统非常困难。真正的电子系统可以包含成百上千的部分,所有用自己的热导率值和独特的几何。此外,真正的热的问题迫使气流创建一个耦合的非线性偏微分方程组,只能解决分析与近似。
由于实际系统的复杂性和挑战发现分析解决这些问题,使用数字技术。这些技术可以产生高度精确的结果如果正确构造系统模型。当一个系统中使用高分辨率网格,结果更精确,但计算时间增加。多重物理量的问题,是很常见的有限元分析方法在复杂系统需要数小时的计算时间。
热有限元分析模拟使用这些数字技术来减少普通和偏微分方程(可能可能耦合、非线性)一系列的运算关系。每个部分的问题可以解决通过简单迭代关系。作为真正的PCB热管理的一部分,这些模拟可以用来解决在计算流体动力学基本方程精度高和多个采购条款。
三维稳态温度分布的决定从一个热有限元分析模拟。
时间和长期有效的有限元分析
一个问题经常出现在热有限元分析方法是时间依赖性。换句话说,它可能需要检查热有限元分析问题的解决方案如何变化。例如,一个模拟怎么可能会喜欢冷却风扇开关处理器会影响处理器的升温速率,以及需要多长时间风扇冷却设备。这些系统可以分析在稳态和瞬态对于给定热源/下沉。这里有一些注意事项时间依赖性的每一个变化。
长期有效的有限元分析
热方程、n - s方程和动量守恒的基本方程中使用有限元分析模拟。在一个长期有效的模拟,忽略了时间依赖性的系统只收益率稳态解。这相当于执行下列条件的流体流速、温度、系统压力场,和所有热源的系统:
稳态条件下热方程和函数的n - s方程。
在这种情况下,热方程,n - s方程,动量守恒减少以下方程。
稳态n - s方程(上),热方程(中间)和动量守恒(底部)。
这些方程可以解决由强制边界条件和初始条件。需要选择一个合适的有限元网格计划,这将在下面讨论。
按时间的有限元分析
热方程和n - s方程本身就是时间,时间依赖性和会计的热有限元模拟表明热量从系统中删除。这是一个多重物理量CFD仿真成为关键你需要考虑系统中气流。在这种情况下,简单地使用热方程的标准形式,n - s方程,动量守恒。
挑战时间热有限元分析问题如下:
时间离散化:有限差分格式需要应用于时间变量。这必须与有限元离散化的空间变量。
计算时间和内存:一旦你使离散时间变量,在模拟计算数量的增加。如果你使离散时间成N步,然后计算的总数提高N倍。
可视化:热方程模拟的结果通常显示为一个热图。有效地理解时间热有限元分析结果需要创建一个视频展示了热图如何变化的模拟。
无论你选择哪个目的,需要一定程度的离散化仿真用于保证准确性。
在静态和动态热有限元离散化
在时间(动态)和长期有效的(静态)有限元分析模拟都需要选择适当的时间和空间的离散化水平。这将决定模拟结果的准确性,以及如何解决不同空间和时间之间的变化。在时域模拟、离散化是指连续时间点之间的步长。使用边界条件的计算空间分布在每个定义的时间点和存储在模拟器的记忆。
除了在时间上离散化,离散化也必须应用于空间。这是通过建立特定的形状在不同空间和推导空间各点之间的有限差分方程。下图显示了一个机械的常用正方离散化仿真。在这个仿真,正方离散化是首选,因为它很好地近似曲面的齿轮。相同类型的离散化可用于任何其他有限元模拟,包括热有限元分析。
机械与正方离散化有限元分析仿真结果。
开源和商业有限元分析代码和你的PCB
如果你想手动程序一个有限元分析求解器,有很多开源的代码你可以使用它来创建您的模拟。然而,并非所有的开源的代码设计IPC 2581或ODB + +文件格式PCB设计。相反,你需要一个构建模拟热有限元解算器直接从您的设计数据和用户友好的界面。
当你设计一个热管理策略,你需要符合您的系统与热有限元分析工具,可以直接与你的PCB设计数据摄氏温度解算器从节奏提供这种类型的集成。您还可以使用完整的套件PCB设计和分析软件和节奏的全部分析工具套件修改你的设计和制定一个有效的热管理策略。
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