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FloTherm学习心得：简单总结，快速上手

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一、一般静态热仿真基本流程

1、建立工程及保存

打开软件，Project/NEW，选择DefaultSI（国标），同步保存，定义工程名和标题，选择路径，点击OK，路径最好不要有中文名。

2、设定边界条件

在Model setup里设定环境温度，视仿真项目具体情况确定是否打开热辐射、焦耳热等开关

设置流体参数、确定重力方向等

3、3D模型前处理及导入

导入3D模型前，应先在三维软件中将模型尽量简化，删除无用的结构特征和曲面

在FloMCAD 界面中选择External→Import STEP，导入简化后的STP 3D档。

然后使用Tools功能下的Voxelize，对装配体进行体素化，曲面在FloTHERM 中无法参与计算，使用Voxelize会将曲面简化为拟似的方块状结构，通过调整Voxelize简化参数可以改变简化的精细程度。

简化完成后，选择Tools→Transfer Assembly，将转化后的模块导入到FloTHERM主界面中

4、设定求解域大小

建议求解域长宽方向设置为模型最大长度的两倍，高度方向设置为模型最大高度的四倍左右。

5、设定系统环境参数

设定System的Boundaries页中的环境特性参数。

6、导出PCB交互文件

在Allegro 中处理brd文件，导出.floeda格式交互文件（Allegro需安装FloTHERM_Allegro_Interface插件）

其中PCB文件、文件夹、路径、导出的.floeda文件名称中，不能包含空格，否则无法导出文件

敷铜率选项建议选择use image，方便在后续FloEDA模块中来导入铜皮和走线

7、PCB导入Flotherm

打开FloEDA模块，导入.floeda文件，仅保留需要的高功耗芯片，删除多余元件，并调整PCB板厚至实际板厚，同步调整TOP layer的相对位置；

针对元件输入热功耗，如元件规格书有双热阻信息，则将Component type设为双热阻模型来进行仿真；

再根据元件封装类型，将Component Material调整为对应的类型；

最后在每层Layers中选择Process Layer，调整参数，保证每层的patches有500-1000左右，将走线相关信息导入到每一层中，同理在Electrical Vias Assembly中导入过孔信息。

8、设置特性参数和监控点

对所有元件进行特性赋值，包括材料特性、辐射特性、散热特性等，并通过显示所有信息栏来进行检查

并针对需要监控温度的芯片、结构件、散热片等元件设置监控点

9、划分网格

针对比较简单的散热模型建立时，建议将PCB作为一个组立，结构件部分作为一个组立

先对整个模型建一个刚好能包含它的Volume Region，对其网格区域化，使之不影响外部求解域的网格划分

然后对PCBA（包含散热片、导热垫等散热界面材料）建立一个Volume Region，对其网格区域化并划分网格，屏蔽结构件网格对其影响。

然后对导入的PCB层、高功耗芯片、散热材料均进行网格区域化设置

芯片区域网格需要调整最大/最小网格尺寸，使芯片长宽方向需保证长宽方向上有3-5个网格，厚度方向有2-4个网格，对于尺寸较小且功耗较高的元件，应重点关注元件上的网格划分，保证各方向上至少5个网格，元件的热流密度越大，元件对应的网格数量应越多。

并对芯片长宽方向及PCB另一侧方向设置网格膨胀，可设置为10%-20%，建议最小网格数量设置为2-5，针对小芯片可以适当调整参数，芯片高度方向上贴近PCB一侧可不设置网格膨胀，如芯片另一侧高度方向上有导热材料，同样也可以对应不设网格膨胀。

同理需给散热片、导热垫等散热材料同样设置适宜的网格膨胀。

针对结构件部分的网格，可以统一按相对稀疏的网格特性进行划分，如结构件结构不复杂，也可将这一部分网格进行区域化。

最后对系统网格进行划分，我习惯直接选择Fine模式，如觉得过疏或过密可进一步手动调整

网格划分完毕后，检查网格统计数据，如网格最大长宽比＞100，尽量调整网格或微调结构使长宽比在100以内

10、启动仿真及调整结果收敛

对求解器设置进行确认，设置说明见下，如进行一般仿真可沿用默认设置，然后确认和解决出现的Error/Warning提示后，启动仿真。

软件有Multi Grid 和Segregated Conjugate Residual 两个求解器

Multi Grid-在迭代程序中应用多网格加速来求解温度的线性方程，对于变化的对流换热系数问题，它可以改善收敛并且明显减少总体计算时间

Segregated Conjugate Residual-在迭代程序中应用变化残差加速来求解压力和温度的线性方程

通常情况下，Multi Grid易用性更好

outerIertation为最大外部迭代次数，仿真计算在满足最大外部迭代次数或残差曲线达到1之后停止

Fan Relaxation 用于控制每一次外部迭代时风扇流量的变化，当项目中含有非线性特性曲线的风扇，并且风扇工作点位于特性曲线平坦区域时，可将此参数设置在0.5以下，以便于风扇更好的确定工作点

勾选Activate Plate Conduction选项用于求解Collapsed Cuboid三维热传导，该压缩矩形一般用于翅片非常薄的散热器（因为使用实体网格会出现很大的网格长宽比）

UseDoublePrecisionSolver和MultiGridDamping选项可在某些项目中改善结果的收敛性，但是求解计算效率会降低

在一些物理非常复杂的项目中，可以勾选FreezeFlow，避免由于速度求解的波动误差引起温度残差不收敛

如果出现不收敛情况，可以勾选StoreError选项，在ErrorVariable中选择不收敛参数并重新求解，然后通过后处理模块可以查看参数的Error Field，确定引起参数不收敛的区域，方便后续修改

estimatedFreeConvectionVelocity是自然对流流体流速的预估，一般使用默认值即可

对于一些参数残差在10左右稳定或波动的仿真项目，可以采用Monitor Point Convergence For Temperature对关注的温度区域设置监控点，Require Accuracy是监控点温度要求的波动范围，Number of Iterations是满足温度范围的迭代次数，residual Threshold设置了温度残差的阈值，当温度残差低于设定值时，此功能开始适用

仿真结果的残差曲线一般有以下六种情况

对于发散和高位稳定、震荡问题，应先检查模型建立是否有错误，是否有参数赋予错误或遗漏

检查求解域是否设置过小导致无法收敛

检查重点位置网格划分是否足够，实际中常常由于网格划分问题而无法收敛

勾选选StoreError选项保存参数残差场，确定参数残差值最大和最小的区域，分析对应位置的网格划分

对于有风扇的强迫冷却仿真项目，可以减少Fan Relaxaion值，对于高位稳定、震荡情况，可以尝试勾选UseDoublePrecisionSolver或者MultiGridDamping来进行仿真

对于发散问题的重新求解，需要重新初始化再求解。

对于低温稳定、震荡情况，且监控点温度稳定的情况下，我们可以认为得到了稳定正确的数值解，也可以使用自动收敛设置，建议设置为温度收敛曲线降到10以下，温度监控点在连续30步迭代中保持在0.5℃内波动时，软件默认求解收敛并停止求解。

11、仿真结果后处理

打开Visual Editor模块，对仿真结果进行后处理

可以通过选择以下选项创建截面、平面云图、等值面云图、表面云图、粒子流、标注、动画等

选择表格后处理模块，可以通过表格方式来确认各个元件和监控点参数

选择table→Monitor，即可查看各个监控点的仿真温度值

如希望得到更详细的传热数据，可以在table中勾选Solid Conductors，右侧数据显示页中的Solid Conductors Summary页，可以查看物体与流体/固体接触表面的最低和最高温度、通过热传导导入/导出的热量，通过热对流导入/导出的热量，通过热辐射导入/导出的热量

12、仿真方案优化

对于比较简单的单一优化方案，可以在模型中直接修改参数再次仿真后确认结果

对于多种优化方案都需要仿真验证时，比如验证多种散热片尺寸对系统散热的影响时，可使用Command Center 来进行优化仿真， Command Center模块使用流程一般如下：

打开Command Center模块，在input variable标签页中勾选需要变化的物理量，选择designParameter选项确定输入变量的变化范围，同时在Create Scenarios→Liner Sweep设置中，添加选中的输入变量，在右侧设置输入变量的线性变化步长和在两个方向上的步数。