背景介绍

有限元软件Flotherm在电子散热分析中，通常以稳态（SteadyState）结果作为分析依据，在此状况下可以观察到整个模型热场流场稳定后的结果。如需观察温度随时间变化的曲线图，则必须设定随时间变化的热源（TransientAttribute）、瞬时时间网格（TransientGrid），以便观察各时间点整体计算区域的热量传递速度及流体扰动状态。

Flotherm热仿真软件作为全球第一款专门针对电子器件/设备热设计而开发的仿真软件，Flotherm可以实现从元器件级、PCB板和模块级、系统整机级到环境级的热分析。Flotherm软件自1989年推出以来就一直居于市场领导地位（市场占有率高达70%）并引领该行业的技术发展。其研发人员是全球最早开始研究CFD理论的科研人员，也是最早一批将传统的CFD仿真技术工程化的技术先驱。

今天，有限元科技小编为您分享的是有限元软件Flotherm的瞬态分析终结。

项目分析

一块300mW的IC，功率线性上升，在30s的时间内，温度随时间变化的情况，如下图所示：

图1IC温度随时间变化图

 操作模块介绍

 1、Summary模块介绍

图2Summary模块

 Summary模块主要是对时间网格的计算统计。包括最小时间步的大小和位置信息，可以用来检查已经加载可重要瞬态边界条件的详细时间步。其中NumberofSteps用来控制整个求解过程中时间步的数量，Size和localize可以设定最小时间步的大小和位置，进行细部控制，并进一步控制瞬态边界条件。本项目设置如图。

 在此列举两个周期性的例子：风扇的开启和关闭、电池的消耗与充电。

 2、OverallTransient模块介绍

 在这个模块，主要涉及瞬态分析总时间（TotalTransientTime）、瞬态分析周期（TransientSolutionPeriod）和最小允许时间步（KeypointTolerance）这三个指令。

 TotalTransientTime为瞬态分析计算用的总时间；TransientSolutionPeriod是对瞬态分析总时间的划分，分为若干个周期，用来对计算数据进行分段记录。例如：假设总时间为12个小时，每两个小时为一个周期，那么在TotalTransientTime中将设置为StartTime=0，EndTime=12，在TransientSolutionPeriod中设置Duration=2，它的StartTime默认为0，当一个周期结束后，StartTime自动变为2，依次类推。KeypointTolerance为最小允许时间步，Keypoint位于每一时步的起始时间和结束时间，以形成时间网格。

 3、TimePatches模块介绍

图3TimePatches模块

 TimePatches译为时间的补丁，主要有三个地方需要设置。StartTime和EndTime主要用来设定瞬态求解的开始时间与结束时间；NumberofStepsControl用来定义每个时间段的密度，有AdditionalSteps、MinimumNumber、MaximumSize三种形式；TimeStepDistribution主要定义时间步的创建方式，Index的含义是当时间网格间距选择increase或decrease的形式建立时，时间网格间隔数的幂次在此设定。

 其中Uniform用来创建相等持续时间的时间步；IncreasingPower用来创建递增的时间步，时间步会随着时间的推移而变长；DecreasingPower用来创建递减的时间步，时间步会随着时间的推移而变短；SymmetricPower主要创建以中间时间为对称，先递增再递减的时间步。

 4、SaveTimes模块介绍

 SaveTimes模块中，EveryNthStep为正整数，用来定义保存数据时间步之间的间隔。例如，一组8步的时间步，如果EveryNthStep定义为2，那么数据保存分别在1st3st5st7st步进行保存。具体可以在输入数值后，点击Populate，进行信息植入。

图4SaveTimes模块

 此外，Value为定义保存数据的时间步，点击Add，可将保存的数据植入到列表中。

 5、TransientFunction模块介绍

 此处用来设定瞬态函数，即零部件的发热量随时间变化的函数。

图5定义瞬态函数

 总结

 通过本案例，总结出了使用Flotherm解决瞬时问题时，需要的注意事项如下：

 1、必须设定材质的密度（Dendity）和比热（SpecificHeat）。因为通常稳态的求解案例中，因为其密度及比热不随时间而变化，可以忽略不设定，但是瞬态求解案例，就必须要设定了。

 2、时间网格（TransientGrid）的设定：Flotherm是一款自动网格系统热流仿真软件，当设定瞬时热源后，软件本身会自动设定其时间网格，所以在求解瞬时问题时，可以先设定瞬时热源再设定时间网格。

 3、通常瞬态求解时，靠近开始时间的时步设定较小，网格需要划得密一些；而靠近结束时间段时，逐渐趋于稳态，时间网格可划得较为稀疏，所以TimeStep的型式中，选择power-law选项中的increasingpower是较为理想的方法。

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