FLOTHERM教程

练习题 7: 响应面和优化
本练习通过指导用户完成如下任务，细化电子机箱模型：
1.定义开孔位置和开孔率（free area ratio）的研究参数
2.创建响应面，以确定最佳外形和理解设计的敏感性
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
本练习将研究改变进口通风位置和开孔率下热
性能的敏感性，为了非热设计方面的原因，我
们假定需要进一步减小开孔面积。

同时也注意到，模型采用了简化的主板和电源
模块，以加速求解，使求解时间控制在培训可
接受的范围内，并且，不影响我们研究详细
模型的参数和优化。

如果Tutorial 6没有被导入，先要导入
（ Load），并另存为 Tutorial 7.
输入标题（Title）为“Optimize Venting”
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
我们首先要做的是将进风口的高度改为 50
mm，以减小空气流入的面积
首先，调整机箱（Chassis）的High X壁面上
孔（Hole）的高度为50 mm.
在项目管理（Project Manager）窗口中右击
HighX壁面上的孔（Hole），进入
Construction 菜单，将尺寸中238 mm 改为50
mm，点击OK 退出
在出现的网格改变信息窗口中点击‘No’
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
接着，改变多孔板（Perforated Plate）尺寸，
使之和孔的大小一致
右击 ‘High X Perf’，进入Construction 菜单
改变尺寸238 mm 为 50 mm.
我们还需要改变定义孔的方式，使后面的练习
时可以简单地设定参数的变化
In the在右图的对话框中，将覆盖
（Coverage）设置从间距（Pitch）设定改为开
孔率（Free Area Ratio）
设置开孔率（Free Area Ratio ）为 0.95.
现在，我们在优化模块（Command Center）中
可以定义一个变量(the Free Area Ratio) ，不需
要定义两个变量(X-Pitch and Y-Pitch).
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
在绘图板（ Drawing Board）窗口中, 检查一下
确保多孔板（Perforated Plate）和开孔
（Hole）在相同的位置。

如果位置不对，使
用对齐（ Align ）工具使他们对齐
接着，我们将主板和电源模块更换为之前的简
化模型
首先，在项目管理（Project Manager）窗口
中，选择失效（de-activated）的‘PSU’组件，
点击将其激活（activate）
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
接着，打开库管理（ Library Manager ），找到先前创建的Intro_Library 文件夹
将 ‘Electronics’ 立方体拖到根组件（Root Assembly ）下
模型中现在是主板和电源模块的简化模型。

将详细模型移到库管理（Library Manager ）中。

将 ‘Electronics’ 组件拖到库管理（Library Manager ）的‘Intro_Library’文件夹中
将‘power_supply_asm’ 组件拖到库管理
（Library Manager ）的‘Intro_Library’文件夹中
按住CTRL 键，选择 ‘Electronics’和 ‘power_supply_asm’组件，点击删除 （Delete ）键
按上面步骤操作后，项目管理（Project Manager ）窗口的显示应该如右图所示
关闭库管理（Library Manager ），进行下一步骤的设置
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
点击项目管理（Project Manager ）窗口中的图
标，打开优化模块（Command Center ）窗口
在优化模块（Command Center ）窗口下方有五个按钮，默认输入变量（Input Variables ）是激活状态
输入变量（Input Variables ）项目用来定义可以变化的参数
需要设置的第一个输入变量（Input Variable ）是机箱上进风口的位置（ location ）
输入变量（Input Variable ）项中，展开根组件（Root Assembly ）节点，在树中找到‘Chassis’
展开 ‘Chassis’ 节点，再展开 ‘Wall (High X)’ 节点
展开‘Hole’ 节点，再展开‘Absolute Location’ 节点
双击‘Y Location’，表示这个参数作为输入变量（ Input Variable ）
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
这个输入变量选中后，观察右侧屏幕中的选项
选择设计参数（Design Parameter ）选项，输入：
最小值（Minimum Value ）= 6 mm 最大值（Maximum Value ）= 194 mm
点击‘Apply Variation’.
这样会给优化模块定义一个参数的变化范围，以从中找出最优解。

备注: 在基础模型中，这个值是6mm. 该值在表中显示为‘Scenario 0’
列出的当前值（‘Current Values’ ）在开始优化时才会被改变
现一个信息窗口：
这表示多孔板和孔的原点开始时是在不同位
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
第三个也是最后一个变量是多孔板
（Perforated Plate ）的开孔率（free area ratio ）
在参数数据‘High-X Perf’的文件夹中，双击 ‘Perf Plate Free Area Ratio’.
选择设计参数（Design Parameter ），输入： Minimum Value = 0.25 Maximum Value = 0.95
点击‘Apply Variation’.
回顾一下，现在我们有两个独立的变量(孔的位置和X High Perf 多孔板的开孔率). 我们也定义了多孔板X High Perf 的位置始终等于孔的位置。

Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization 当然，我们可以定义其他感兴趣的参数
使用之前的步骤, 激活下面参数作为输出变量
（ Output Variables） (但是，不要将他们包含
在代价函数（Cost Function)中).
•风扇静压（Static Pressure on the Fan）
•电源的温度监控点（The Temperature of
the ‘PSU Heat’ Monitor Point）
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
点击下面相应的按钮，进入到‘Scenario Table’
每一列代表一个FloTHERM 方案，目前只有一个。

上面蓝色部分是输入变量，以及各个方案下的数值
下面浅褐色部分是输出变量，多出的一行用于显示代价函数（Cost Function ）值.
我们用实验设计（Design of Experiments ）方法，在设计空间中形成两个独立变量不同的组合
在顶层菜单中使用Edit/Design Experiments
改变实验设计数量（Number of Experiments to Design ）为 15 ，点击‘Design’，生成不同的方案。

输入15可以增加求解面的覆盖率。

Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
现在方案列表（Scenario Table ）中有16 列, 每一列是多孔板位置和开孔率（free area ratio ）的不同组合
点击 图标 (在优化模块窗口（Command Center ）中)，开始计算所有定义的方案
一旦所有模型都初始化完成 (这需要花费一段时间，直到所有‘Pending Initialization’都变成了 ‘Queueing’) ,点击图形输入（Graphical Input ）按钮，再点击不同方案（ various
scenarios ），观察多孔板的变化。

提示：提前在项目管理窗口中选中多孔板，可以看到红色显示的多孔板
备注 that 你可以在网络的其他机器上安装特别的volunteering 软件，优化模块（Command Center ）可以自动探测到这些机器，并分配不同方案让其计算
*需要额外的求解权限（Additional solver licenses required ）*.
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
当所有模拟都完成后，点击优化（Optimize）
图标
对话框将显示输入参数的信息汇总
我们希望优化模块（Command Center）生成预
估的之前定义过的所有输出变量（Output
Variables）的响应面（response surfaces），该
响应面是输入变量的函数（ Input
Variables）。

完成后，优化模块（Command
Center）马上就会用这些响应面预测可以减小
代价函数值（Cost Function）的孔位置和开孔
率的最优组合
为了实现这个功能，设置优化类型
（Optimization Type）为‘Response Surface
From All’，点击优化（Optimize）按钮
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
完成后，在方案列表（Scenario Table ）的最右侧就会出现新的列 。

如果屏幕上看不见，移动下方的滑条。

新的列显示了响应面优化（RSO Optimum ）方案，这会显示基于前面响应面的最优解。

该列同样可以显示所有输出变量（Output Variables ）和代价函数（ Cost Function ）的预估值.
预估优化结果同样重要的是可以看出对输入变量（Input Variables ）变化的敏感性。

下面，我们用响应面的图形处理来研究这个问题。

进入Chart\3D RSO Results Viewer.
默认显示代价函数（Cost Function ）的响应面 ， 用左键选择视图。

视觉上可以明显看到代价函数的最小值在哪儿，同样重要的是可以看到，如果我们远离最优的孔位置时，代价函数会快速上升，不仅如此，当开孔率大于0.7时，响应面是比较平的。

这些信息对于热设计者是非常有用的
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
现在，我们看看其他输出变量（Output Variables ）的响应面
首先，关闭代价函数（Cost Function ）图(点击右上角的 ‘X’).
然后, 进入Window\Responses ，激活 ‘PSU Heat : Temperature’视图
旋转视图，观察并得出结论：孔位置的最大值处是电源（PSU ）热性能最好的
接着，进入Window\Responses ，激活
‘109P0812A202 (80x80x32) : Static Pressure’ 视图.
使用Window\Tile Auto Layout 在屏幕上同时显示两个视图
哪个输入变量（Input Variable ）对风扇静压（Fan Static Pressure ）影响最大呢?
完成后，在响应面视图中使用File\Close 关闭窗口
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
视窗左侧有两个滑动条，上面一个控制孔位置，但此例子中这个是多余的，因为 右侧所有视图均以孔位置（Hole Location ）作为 X 轴。

第二个滑动条控制‘High X Perf’ 上开孔率这个输入变量（ Input Variable ）. (如果您看不全所有开孔率数据，使用鼠标调整一下窗口大小).
首先，使用 Window\Auto Tile Layout 按序排列各视图
然后，使用‘High X Perf’ 开孔率滑动条自动改变开孔率，观察左侧视图的变化。

您也可以直接输入希望的数值 ，而不用滑动条
使用这些视图，寻找如下问题的答案：
• 电子立方体目标表面温度低于80 C 的情况下，如果开孔率是0.6，孔的位置多少可以接受？
• 如果开孔率是0.5呢?
• 如果开孔率是0.4，电源（PSU ）温度最糟的是哪个方案?
• 如果我们设计孔位置是50 mm ，开孔率是 0.4, 我们得到的风扇静压是多少？电源温度呢?电子立方体表面温度呢?
Tutorial 7 – Response Surfaces and Optimization
下面, 我们使用优化模块（Command Center ）定义一个新的变量，使之用于下一个练习题
点击最右侧列的顶部，选择该列，然后右击列的顶部选择 Insert After.
在新的列中，双击孔位置（Hole Location ）数值，输入50 mm. 按Enter 键应用
在新的列中，双击‘High X Perf’的开孔率，输入0.4 ，按Enter 键应用
点击新列的顶部 选择该列，然后右击选择Save As.
输入‘Tutorial 8’作为新项目名称，点击OK 保
存
我们可以保存各个方案作为 FloTHERM 模型，用于模型的修改或者我们感兴趣的想进行进一步的后处理
关闭优化模块（Command Center ）窗口，保存FloTHERM 项目
END TUTORIAL 7。