6SigmaET培训教程(第一部分)

Cyrix GX (180 MHz) (8 watts)
Power PC 601 (180 MHz) (6 watts)
386 (66 MHz) (3 watts)
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热设计应考虑的问题
z 应对冷却方式进行权衡分析，使设备的寿命周期费用降至 最低，而可用性最高
z 热设计必须与维修性设计相结合，提高设备的可维修性 z 设备中关键的部件或器件，即使在冷却系统某些部分遭到
破坏或不工作的情况下，应具有继续工作的能力 z 对于强迫空气冷却，冷却空气的入口应远离其它设备热空
气的出口，以免过热 z 舰船用电子设备，应避免在空气的露点温度以下工作；机
载设备宜采用间接冷却
热设计应考虑的问题
z 考虑太阳辐射带来的热问题，应有相应的防护措施 z 耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的工
复合层平均
三层平均
复杂详细层
z 复杂模型
对象建模
便捷的建模操作
z 选择一个模型节点就会出现相应的（下一级建模）图标
1. 选择 箱体出 现相应 的下一 级模型
2. 选择 PCB出 现相应 的下一 级模型
便捷的建模操作
z 键盘快捷键从不同视角观察模型
快捷键 F B L R A U 3 W
视图类型 前视图 后视图 左视图 右视图 俯视图 仰视图 三维视图 步进视图
z 热设计中允许有较大的误差 z 在设计过程的早期阶段应对冷却系统进行数值分析和计算
冷却方法
z 冷却方法的种类
¾ 自然对流空气散热 ¾ 强迫对流空气散热 ¾ 浸润冷却 ¾ 沸腾冷却 ¾ 热管 ¾ 冷管 ¾ 热电冷却 ¾ 微通道冷却 ¾ 微喷射冷却
冷却方法
z 自然对流空气散热主要用于低功耗
¾ 这是最简单最便宜的冷却方法
London, UK
FranceGerImtaalyny Israel
China
Tokyo, Japan
Taiwan
分公司 代理商
北京天源博通科技有限公司
z 公司成立于2000年，十余年工程服务经验 z 工程软件及服务提供商 z 热分析软件及解决方案 z 电磁仿真软件及服务 z 拥有100多家用户，广泛分布于航空、航天、船舶、
装在冷板上
¾ 用于军用设备和大功率电子器件
冷却方法
z 微通道冷却是一种用于处理在热耗元件上紧密排列的微小翅片 的散热的方法
¾ 冷却剂可以是液体也可以是流体
z 热电冷却器是一种固体的热泵,没有移动的部分或是工作流体
¾ 利用Peltier效应把热量从由一个地方传递到时另一个地方
z 热管是一种被使用被动的方法把热量从一个地方传递到另一个 地方的装置
¾ 在一端流体蒸发把热量吸走,在另一端压缩流体把热量释放出来
冷却示意图
数值模拟热仿真的优点
z 低成本
¾ 计算模拟的成本远低于试验的成本 z 速度快
¾ 仿真模拟的周期短 ¾ 工程数据可以用于产品设计的初期
z 具有模拟理想条件的能力
¾ 允许对物理过程进行强大的控制，并且可以对特有现象进行单独模拟 ¾ 例: 一个热交换过程可以处理为绝热，常热流密度或是常温边界条件 z 全面的数据信息 ¾ 实验仅仅能得到系统中有限的一部分位置的数据(例：压力和温度探针，
Power PC 750 (266 MHz) (15 watts)
Power PC 604 (250 MHz) (20 watts)
intel P6 (23.4 WCyartitxs)5x86 (120 MHz) (18 watts)
486 (100 MHz) (8 watts)
AMD K6 (16 PWeantttisu)m (133 MHz) (13 watts)
自动生成报告
HTML兼容PPT格式报 告
HTML格式报告
不同方案结果对比
总结
z 6SigmaET是热设计专业软件 z 简洁时尚的用户界面
¾直观，易于操作 ¾智能化和自动化
实体模型 网格生成 z 面向对象 z 旋转和倾斜的几何形状 z 直接导入IDF和STL文件 z 创新性的版本树形图 z 准确、快速、高效、鲁棒性求解器 z 热模型简化 自动生成报告
对流
z 对流可能是自然对流或是强迫对流
¾ 自然对流是由于流体内部的温度差异引起的密度不同产生 ¾ 强迫对流则是由于外部方式(如风扇,离心机,泵等)造成的气
流
z 流动还可以分为内流和外流
¾ 内流是发生在一定的空间内，如管道等 ¾ 外流是全部或部分不在空间内的气流
对流
外流
内流
对流
z 流动还可以分为
式中：Φ —— 热流量，W； ∂x
λ —— 导热系数，W/(m·℃)； A —— 垂直与热流方向的横截面面积，m2
对流
z 对流是发生在固体表面和运动流体之间的传热
¾ 自然对流 ¾ 强迫对流
z 对流换热计算式——牛顿冷却公式 Φ = hc A(tw − t f )
式中： hc —— 对流换热系数，W/(m2·℃)； A —— 对流换热面积，m2； tw —— 热表面温度，℃； tf —— 冷却流体温度，℃。
谢谢大家
公司：北京天源博通科技有限公司 手机：18911651248 电话：010-68221702/12/21/29 传真：010-68221709 Website: www.tianyuantech.com Email: wu@tianyuantech.com
20% Vibration振动
6% Dust
粉尘
55% Temperature 温度
19% Humidity
潮湿
(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)
来源：美国空军航空电子整体研究项目
CPU芯Βιβλιοθήκη Baidu功耗增长趋势
150
2000 CPU (150 watts)
目录
z 热设计基础知识 z 传热及CFD基础知识 z 公司简介 z 6SigmaET产品特点 z 应用实例 z 6SigmaET仿真步骤
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热设计的主要原因
z 元器件体积缩小，功率增加，热流密度急剧上升 z 热设计是器件、设备和系统可靠性设计的一项主要
作温度 z 热流量是以导热、对流和辐射传递出去的，每种传热形式
所传递热量与其热阻成反比 z 在稳态条件下，存在着热平衡 z 热流量、热阻和温度是热设计中的重要参数 z 所采用的冷却系统应该是最简单又最经济的，并适用于特
定的电气和机械设备、环境条件，同时满足可靠性要求
热设计的基本问题
z 热设计应与其它设计（电气设计、结构设计、可靠性设计 等）同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解 决
式中：ε —— 物体的表面黑度； σ0 —— 斯蒂芬—玻尔兹曼常数，5.67×10-8 W/(m2·K4)； A —— 辐射表面积，m2； T —— 物体表面的热力学温度，K。
Future Facilities公司
Future Facilities 公司成立2004年，是专业的电子产品散热分 析软件公司 ¾ 公司背景
内容 z 散热问题是制约设备小型化的关键问题
热分析的主要目的
z 预计各器件的工作温度，包括环境温度和热点温度 z 使热设计最优化，以提高产品的可靠性
电子设备故障的主要原因
\
图 1 : 结点寿命统计 故 障 率
10万 小 时
结点温度
(Source : GEC Research)
来源：GEC研究院
图 2: 电子产品失效的主要原因
说明 散热器 热管 轴流风扇 离心风扇 径向风扇 监控点 数值风洞
对象建模
z 6SigmaET特有模型
z 丰富的资料库
对象建模
z 散热器模型
对象建模
挤压式
针状式
堆叠式
对象建模
z 风扇（风机）模型
可评估噪声
轴流式
径流式
离心式
风压曲线
对象建模
z 冷板（冷管）模型
z PCB模型
对象建模
简单平均
¾ 层流 ¾ 湍流
z 层流是一种高度规则的流动，流体微粒沿确定的轨迹 移动
z 湍流是一种高度不规则、随机的三维流动
¾ 具有强烈的混合和更大的热交换 ¾ 大多数的真实流动都是湍流
对流
层流
湍流
对流换热系数
z h 和 R 的典型值
辐射
z 辐射以电磁波的形式传递 z 辐射计算公式
Φ = ε Aσ 0T 4
针对数据中心宏级和微级需求 多年数据中心和电子冷却经验 拥有大量实际工程项目经验 ¾ 主要成员架构 总裁 Hassan 是Flomerics创始人 技术总裁 Mark 是Flovent产品创始人 产品经理 Chris 是Flotherm核心开发人员
全球业务分布
San Jose, US
兵器、电子、通讯、高校等。
典型客户
6SigmaDC产品
z Dell数据中心 z DC全程监控
6SigmaET产品
元件级
设备级
机柜级
系统环境级
可求解多级尺度问题
软件界面
对象建模
z 丰富的模型库
模型
说明 自动生成结构树 求解域、机壳
通风口 PCB（PCB打孔）
模型
形状多变
芯片（插槽） 器件（插槽）
z 强迫对流空气散热主要用于相对较大的功耗
¾ 要求有风扇、离心机等来强迫空气流动
z 浸润冷却是把元件浸润在惰性绝缘流体中(如弗里昂)，用于冷 却大的热载荷
¾ 这种冷却的典型应用包括大型主机,超级计算机，大功率交换器等.
z 沸腾冷却靠一种沸腾流体吸收热量，主要用于大功率 z 冷板是一个金属块,由强迫对流的液体冷却，电路板或组件就安
Watt
1999 CPU
HP PA (90 watts)
(100 watts)
Power PC X704 (533 MHz) (85
wALaPttHs)A (80 Watts)
ALPHA 1998 CPU
21264
(65 watts)
(600 MHz)
Ultra Spar(c75(2W66aMttsH)z)
z IDF导入功能
先进的建模功能
z 多流体模型
先进的建模功能
z 大量的封装模型
先进的建模功能
z 封装元件详细建模
版本树形图
z 构造不同设计方案
网格生成
z 智能化生成网格
1. 输入目标网格数（预估） 2. 输入最小网格尺寸
点击 生成网格
此处查看生成好的网格 数和网格的其它属性
6SigmaET求解器
(50 watts)
Pentium I (300 MHz) (43 watts)
Alpha 21164 (500 MHz) (45 watts)
Pentium II (233 MHz) (35 watts) Pentium (233 MHz) (17 watts)
Pentium Pro (200 MHz) (35 watts)
便捷的建模操作
z 鼠标拖动或参数输入进行旋转、拉伸、对其等操作。
旋转拉杆
缩放拉杆
旋转
拉伸
便捷的建模操作
z 模型旋转及倾斜
便捷的建模操作
z 模型逐级放大，独立视图
先进的建模功能
z 强大的查错及错位定位功能
鼠标点击错误信息，即高亮显示模型错误部位
先进的建模功能
z 强大的MCAD导入计算功能
先进的建模功能
z 瞬态求解 元器件功率随时间变化
6SigmaET求解器
z 自动简化详细模型
6SigmaET求解器
z 简化热模型用于6SigmaRack和6SigmaRoom
6SigmaET求解器
z 多核并行/顺序运算
多个方案 并行处理
温度场显示
局部部件后处理图示
动态流场
后处理动画
截面动画
流场动画 （仅取一个风扇示意）
热流量表等) ¾ 工程师可获得任何感兴趣的区域的数据
z 导热 z 对流 z 辐射
传热的方式
导热
z 导热的微观机理
气体的导热是气体分子不规则运动时相互碰撞的结果；金 属导体中的导热主要靠自由电子的运动完成；非导电固体 中的导热是通过晶格结构的振动来实现；液体中的导热主 要依靠弹性波。
z 导热基本定律——傅立叶定律 Φ = −λ A ∂t