使用solidworks进行热设计仿真

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1、使用Solidworks进行热设计仿真1引言通常对电子设备进行热分析主要有4个步骤：建模、确定边界条件、网格划分及计算、后处理。其中建模的工作量最大，要进行准确的热分析，必须建立一个良好的热分析模型，但在实际工程中模型往往非常复杂，很难精确建模。一般建模的流程是先由结构设计工程师建立设备的计算机辅助设计(CAD)模型，然后由热设计工程师在该CAD模型上进行适合热仿真软件的二次建模。二次建模的方法可以是由热仿真软件自带的转换程序进行CAD模型导入，也可以在热仿真软件中手动重新建模。当模型热设计优化完成后还需要反馈CAD模型修正信息给结构设计工程师，由结构设计工程师对CAD模型进行更改，完成整个设

2、计闭环。在这个过程中，存在CAD模型的转换，不能完全重新利用，CAD模型需要修改乃至重新建模，这些都会占用设计人员相当多的时间和精力，且限制于热仿真软件的建模能力，某些CAD模型需要简化或变通才能使用，而这些改变往往会影响仿真精度。SolidWorks三维设计软件具有结构建模和热仿真分析同时进行的能力和优点，能够克服上述缺陷，简化设计过程。2FlOEFD流体分析工具Solidworks软件是结构设计工程师们广泛使用的三维设计软件，其具有良好的人机操作界面，强大的在线帮助系统，同时还有数量众多的设计插件，利用其中的FlOEFD流体分析工具能够很方便地进行热分析和仿真。FlOEFD流体分析工具是F

3、lomerics公司的产品，是可以无缝集成于主流CAD软件中的通用计算流体动力学分析软件，是针对工程师开发，因此工程师只需要很少的流体动力学以及热传导知识，无需更多理解数值分析方法，即可在熟悉的CAD软件界面中完成热仿真分析。FlOEFD流体分析工具在Solidworks软件中的嵌入式版本为流体仿真(FlowSimulation)，是Solidworks软件中的一款插件。FlOEFD流体分析工具的分析步骤包括CAD模型建立、自动网格划分、边界施加、求解和后处理等，这些都完全可以在CAD软件界面下完成，整个过程快速高效。FlOEFD流体分析工具直接应用CAD实体模型，自动判定流体区域，自动进行网

4、格划分，无需对流体区域再建模。在做CAD结构优化分析时，对一个CAD模型进行一次分析定义，同类结构的CAD模型只需应用FlOEFD流体分析工具独有的项目克隆ProjectClone)技术，即可马上进行不同配置下的计算。 3应用实例   下面给出一个用FlOEFD流体分析工具实现的热设计实例，并通过和lcepak软件仿真结果做比较，来验证设计的可行性。该实例含有芯片三维模型、射频接插件、螺钉、垫圈等众多模型细节，使用FlOEFD流体分析工具以外的热仿真软件不简化建模是非常困难的任务。   3.1问题的提出   某飞行器用功率放大器(以下简称功放)工作环境温度为+70℃。功放内部元件最高安全工作温

5、度不超过+85℃，功放(含散热系统)约束尺寸为120mm~110mmx80mm。初始设计时功放与散热器一体化加工，在功放底部铣出散热肋片形成散热器，功放外形尺寸：120mmX110mmx50mm，总耗散功率107w，功放盒体材料为硬铝，散热器肋片厚度2mm，肋片间距3mm，肋高25mm，肋片数24片，使用SolidWorks软件建立的功放模型如图1所示。为便于观察热源，图1(a)隐藏了风机，只标示了进风口，图1(b)隐藏了功放盖板。图1功放仿真模型   其中，热源1耗散功率10w，尺寸为27mmx20mmx2.5mm；热源2耗散功率75w，尺寸为44mmX13.2mmX2.5mm；热源3耗散功

6、率22w，尺寸为44mmX8.8mmX2.5mm；3个热源总耗散功率107W，均处于功放内部。直接与功放底座接触。为了能在+70℃环境条件下安全工作。必须采用高效的散热方式，初始设计时选用风冷散热方式，根据以往设计经验，该功放温升条件苛刻，必须选用大口径、高风量风机，为此选用了92mmX92mmX25mm某公司标准尺寸风机中风量最大的一款，最大风量为75CFM。分页3.2模型建立   图1即为Solidworks软件下的建模模型。使用Solidworks软件进行设计仿真的一般步骤如下：①模型建立，在Solidworks软件环境下建立设备详细的三维模型。可以适当压缩不显著影响仿真结果的模型细节，

7、以减少不必要的计算网格数量，加快后续热仿真速度；②建立工程文件，根据FlOEFD流体分析工具子菜单下的工程向导一步步建立热设计工程文件并进行一般性设置；③设置工程文件，调整计算域的大小，设置边界条件、物体的材料、定义热源，选择参与辐射的表面，设置收敛目标等等与具体问题相关的其它设置；④用检查几何结构命令检查模型，无误后运行求解；⑤求解完成后，建立后处理文件，得到切面云图，表面云图、粒子束示踪等后处