內(nèi)容全面：涵蓋FloTHERM 軟件熱仿真所有環(huán)節(jié)

注重實用：詳細介紹如何進行工程實際案例仿真

超值附贈：三大熱仿真實例模型和相關(guān)仿真數(shù)據(jù)

封裝元件的高熱流密度趨勢、電子產(chǎn)品的小型化發(fā)展方向和使用環(huán)境的多樣化，使電子產(chǎn)品散熱面臨著史無前例的巨大挑戰(zhàn)。同時電子產(chǎn)品又具有市場周期短、產(chǎn)品競爭激烈的特點。企業(yè)如何高效地確定產(chǎn)品散熱方案成為了重中之重。以往的電子產(chǎn)品方案設(shè)計流程已逐漸被淘汰。在產(chǎn)品設(shè)計初期通過仿真分析軟件進行方案的遴選，設(shè)計后期通過測試確定方案效果的研發(fā)模式已為很多企業(yè)所采用。美國市場研究公司Aberdeen Group在2011年的研究報告The ROI of Concurrent Design with CFD中指出，在產(chǎn)品研發(fā)中使用CFD進行仿真分析可以使在產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)、銷售收入目標(biāo)、保證產(chǎn)品上市日期和成本目標(biāo)等方面的達標(biāo)率提升6～13個百分點。

FloTHERM作為第一款針對電子散熱的商業(yè)化CFD軟件，已在行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用。但據(jù)作者了解，行業(yè)內(nèi)對這款軟件的理解和使用仍存在一定欠缺，主要有以下兩個原因：首先，CFD是一種涉及數(shù)值計算方法、傳熱學(xué)和流體力學(xué)等多門學(xué)科的技術(shù)，在對軟件使用和掌握的過程中需要一定的指導(dǎo)和積累；其次，電子行業(yè)存在產(chǎn)品寬泛、產(chǎn)品更迭快速的特點。小到幾毫米的封裝芯片，大到幾萬平米的數(shù)據(jù)中心，每一個產(chǎn)品都具有各自的熱特性和散熱機理，如何正確建立電子產(chǎn)品的仿真模型和邊界條件是軟件在實際應(yīng)用中的重點。所以，除了掌握軟件基本的操作和命令之外，了解和熟悉軟件的背景原理及具體應(yīng)用也尤為重要。作者正是基于這樣的想法，將本書以軟件為名，但又不僅限于軟件。在介紹軟件使用操作的同時，盡可能兼顧其所涉及的背景原理和實際應(yīng)用，以期能使讀者更為正確地理解和使用軟件。

本書分為軟件基礎(chǔ)入門與應(yīng)用實例兩大部分。軟件基礎(chǔ)入門以熱仿真工作流程：建立模型、網(wǎng)格劃分、求解計算、結(jié)果處理和優(yōu)化設(shè)計為主線，逐一介紹了軟件的相關(guān)模塊、背景原理和使用技巧。其中第2章FloTHERM中傳熱學(xué)與流體力學(xué)基礎(chǔ)將傳熱學(xué)、流體力學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科與軟件相結(jié)合，以一種易于理解的形式闡述了軟件處理流體流動和傳熱傳質(zhì)的方法與技巧，有助于讀者正確理解軟件的使用流程和方法。第4章智能元件從原理背景、軟件處理方式和實際應(yīng)用注意事項等方面詳細介紹了電子行業(yè)常用元件，如芯片、PCB和風(fēng)扇等的熱特性和仿真建模技巧，為讀者正確建立仿真模型提供了可能。一直以來網(wǎng)格劃分都是CFD仿真工作的難點和重點。第6章網(wǎng)格劃分在介紹軟件網(wǎng)格劃分命令的同時，也分享了一些作者在網(wǎng)格劃分方面的經(jīng)驗和方法，以期能幫助讀者建立更高品質(zhì)的網(wǎng)格。CFD仿真工作的另一個重點是求解計算的收斂性。第7章求解計算從計算收斂標(biāo)準(zhǔn)、殘差曲線形式和殘差曲線收斂性調(diào)整等方面進行了具體闡述和解釋，章節(jié)最后給出的殘差曲線收斂改善實例對讀者在軟件使用過程中調(diào)整計算收斂性有一定的借鑒意義。如果僅將FloTHERM軟件作為一款產(chǎn)品方案的驗證工具，那么軟件的價值和意義將會大打折扣。第9章 Command Center優(yōu)化模塊在介紹軟件實驗設(shè)計、順序優(yōu)化和響應(yīng)面優(yōu)化功能的同時，通過實例進一步展示如何將這些功能應(yīng)用于產(chǎn)品方案的優(yōu)化設(shè)計中。軟件應(yīng)用實例部分由封裝級、系統(tǒng)級和環(huán)境級3個實例組成。第10章BGA封裝芯片熱仿真實例詳細介紹了如何建立BGA封裝芯片的詳細模型以及結(jié)合FloTHERM PACK在線工具獲得JEDEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定的RJA和RJB等熱阻值。其中關(guān)于BGA芯片內(nèi)部Die、Wire Bond、Substrate和Solder Ball等的建模方法和處理方式均得到實驗驗證和廣泛肯定。第11章戶外通信機柜熱仿真實例首先介紹了如何通過數(shù)值風(fēng)洞簡化通信機柜模塊；其次根據(jù)戶外通信機柜需要考慮太陽輻射等特點，給出了類似項目仿真的注意事項和建議。其中通過組合使用Align、Move和Pattern等命令，可大幅加快仿真項目幾何建模速度。第12章數(shù)據(jù)中心熱仿真實例首先介紹了如何通過FloMCAD接口模塊將數(shù)據(jù)中心布局?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入至軟件中，其次展示如何通過鼠標(biāo)直接拖拉的方式進行幾何建模。此外，基于軟件對XML文本的支持，直接采用Excel軟件進行機柜的建模。本實例展示了軟件創(chuàng)建幾何模型的多種功能，盡可能提升仿真建模的效率。本章最后的網(wǎng)格質(zhì)量調(diào)整過程，讀者也可以舉一反三應(yīng)用至其他的仿真項目中。

本書在寫作過程中遵循熱仿真工作的基本流程，建議讀者在閱讀本書過程中循序漸進，先學(xué)習(xí)軟件基礎(chǔ)入門部分，再練習(xí)實例應(yīng)用中的內(nèi)容。對于本書有關(guān)軟件使用的內(nèi)容，建議在軟件中進行具體的操作，以加深理解和認(rèn)識。

FloTHERM軟件是Mentor Graphics公司機械分析部門的旗艦產(chǎn)品。作者首先要感謝Mentor Graphics公司機械分析部門中國區(qū)的所有同事。作者在學(xué)生時代就與其中很多人結(jié)識。其中有同事由于尋求更好的發(fā)展而離開，也有同事轉(zhuǎn)至兄弟部門。但不斷有新成員加入，使這個團隊始終保持著銳意進取的精神和活力。作者非常有幸能與他們一起工作和學(xué)習(xí)。一直以來他們的支持和鼓勵是作者前進的動力和基石。此外本書在寫作過程中得到行業(yè)內(nèi)諸多資深專家的幫助：施耐德電氣（中國）有限公司的鄭臻軼對第2章內(nèi)容進行審核并提出寫作建議；展訊通信（上海）有限公司的王虎對第4章的撰寫提供諸多有益的幫助和建議；上海貝爾股份有限公司的魏芃撰寫第11章的大部分內(nèi)容，并仔細審核了應(yīng)用實例部分內(nèi)容；國際商業(yè)機器（中國）投資有限公司的陳文鑫對第10和12章的撰寫提供大力幫助，給出了諸多撰寫建議和指導(dǎo)，使作者深受啟發(fā)。最后作者要感謝自己家人，是他們的支持與鼓勵使作者能在較短的時間內(nèi)完成本書的寫作工作。

由于作者水平有限，加之寫作過程中恰逢FloTHERM 10.0版本推出，本書從寫作到出版的整個過程都非常緊促，書中錯誤和不足之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正，作者郵箱：Lee_1943@hotmail.com。正如古人云：“奇文共欣賞，疑義相與析。”

李波

2014年2月

第1章 FloTHERM概述 1
1.1 FloTHERM軟件介紹 1
1.2 FloTHERM軟件背景原理 1
1.3 FloTHERM功能特點 2
1.4 FloTHERM工程應(yīng)用背景 3
1.5 FloTHERM軟件模塊 4
1.6 FloTHERM軟件安裝 7
1.6.1 FloTHERM軟件Windows版本安裝 7
1.6.2 許可證安裝 11
1.6.3 浮動版軟件客戶端許可證設(shè)置 14
1.7 FloTHERM軟件主界面 14
1.8 FloTHERM簡單實例分析 15
第2章 FloTHERM中傳熱學(xué)與流體力學(xué)基礎(chǔ) 22
2.1 熱傳導(dǎo) 22
2.1.1 熱傳導(dǎo)微分方程式 22
2.1.2 傅里葉定律 22
2.1.3 熱導(dǎo)率 23
2.1.4 熱阻 25
2.1.5 二維矩形區(qū)域穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題
數(shù)值求解 26
2.1.6 小結(jié) 28
2.2 對流換熱 28
2.2.1 對流換熱的起因與狀態(tài) 28
2.2.2 牛頓冷卻定律 29
2.2.3 對流換熱無量綱準(zhǔn)則數(shù) 29
2.2.4 外掠平板強迫對流換熱實例 30
2.2.5 小結(jié) 32
2.3 熱輻射 32
2.3.1 熱輻射的相關(guān)概念 32
2.3.2 熱輻射基本定律 33
2.3.3 紅外輻射換熱計算 35
2.3.4 太陽輻射 36
2.3.5 FloTHERM中的紅外輻射計算 37
2.3.6 FloTHERM中的太陽輻射計算 41
2.3.7 紅外輻射計算實例 43
2.3.8 太陽輻射計算實例 44
2.3.9 小結(jié) 46
2.4 流體流態(tài) 47
2.4.1 湍流問題數(shù)值模擬求解 47
2.4.2 FloTHERM中的層流流動 48
2.4.3 FloTHERM中的湍流模型 49
2.4.4 小結(jié) 51
2.5 瞬態(tài)分析 51
2.5.1 背景 51
2.5.2 FloTHERM瞬態(tài)仿真分析介紹 53
2.5.3 FloTHERM瞬態(tài)仿真分析實例 56
2.5.4 小結(jié) 68
2.6 重力 68
2.6.1 FloTHERM中的重力加速度設(shè)置 68
2.6.2 FloTHERM中的浮升力計算 69
2.6.3 小結(jié) 70
2.7 流體 70
2.7.1 空氣物性參數(shù) 70
2.7.2 水物性參數(shù) 71
2.7.3 FloTHERM中的流體特性 72
2.7.4 Fluid特性應(yīng)用 72
2.7.5 小結(jié) 73
2.8 邊界條件 73
2.8.1 溫度對電子設(shè)備散熱的影響 73
2.8.2 壓力 74
2.8.3 Boundaries Face 75
2.8.4 System的Ambient特性 76
2.8.5 Model Setup中的Pressure和
Temperature 77
2.8.6 Ambient Temperature和Default
Ambient Temperature設(shè)置 78
2.8.7 小結(jié) 80
2.9 求解域 80
2.9.1 環(huán)境對系統(tǒng)設(shè)備的影響 80
2.9.2 系統(tǒng)外部物體的影響 81
2.9.3 系統(tǒng)外無重要影響因素 81
2.9.4 Cutout 83
2.9.5 小結(jié) 83
第3章 軟件常用命令 84
3.1 Project菜單 84
3.2 Edit菜單 87
3.3 View菜單 89
3.4 Geometry 菜單 89
3.5 Model Setup菜單 94
3.6 Grid菜單 94
3.7 Solve菜單 95
3.8 Window菜單 95
3.9 Viewer菜單 96
3.10 Help菜單 98
第4章 智能元件 99
4.1 封裝元件 99
4.1.1 背景 99
4.1.2 封裝元件在FloTHERM中的建模 99
4.1.3 封裝元件建模實例 103
4.1.4 小結(jié) 105
4.2 PCB 105
4.2.1 背景 105
4.2.2 PCB智能元件 105
4.2.3 過孔簡化 108
4.2.4 PCB在FloEDA中的處理 108
4.2.5 PCB通過FloEDA模塊建模
應(yīng)用實例 111
4.2.6 小結(jié) 114
4.3 散熱器 115
4.3.1 背景 115
4.3.2 散熱器智能元件 118
4.3.3 散熱器智能元件應(yīng)用實例 125
4.3.4 小結(jié) 126
4.4 導(dǎo)熱界面材料 126
4.4.1 背景 126
4.4.2 導(dǎo)熱界面材料在FloTHERM中的
建模方法 129
4.4.3 導(dǎo)熱界面材料應(yīng)用實例 130
4.4.4 小結(jié) 132
4.5 熱電制冷器 133
4.5.1 背景 133
4.5.2 FloTHERM中的熱電制冷器建模 135
4.5.3 熱電制冷器特性參數(shù) 138
4.5.4 FloTHERM中熱電制冷器應(yīng)用實例 138
4.5.5 小結(jié) 140
4.6 熱管 141
4.6.1 背景 141
4.6.2 熱管智能元件 142
4.6.3 熱管智能元件應(yīng)用實例 143
4.6.4 小結(jié) 144
4.7 風(fēng)扇 144
4.7.1 背景 144
4.7.2 軸流風(fēng)扇智能元件 148
4.7.3 前向葉片離心風(fēng)扇模型 153
4.7.4 后向葉片離心風(fēng)扇模型 154
4.7.5 軸流風(fēng)扇建模實例 154
4.7.6 前向葉片離心風(fēng)扇建模實例 155
4.7.7 后向葉片離心風(fēng)扇建模實例 158
4.7.8 其他 159
4.7.9 小結(jié) 161
4.8 流動阻尼元件 161
4.8.1 背景 161
4.8.2 流動阻尼智能元件 162
4.8.3 流動阻尼在FloTHERM中的
應(yīng)用實例 166
4.8.4 小結(jié) 173
4.9 電子設(shè)備外殼 174
4.9.1 背景 174
4.9.2 外殼智能元件 174
4.9.3 外殼智能元件應(yīng)用實例 175
4.9.4 小結(jié) 178
4.10 熱交換器 179
4.10.1 背景 179
4.10.2 熱交換器智能元件 179
4.10.3 熱交換器應(yīng)用實例 182
4.10.4 小結(jié) 185
4.11 機柜 185
4.11.1 背景 185
4.11.2 機柜智能元件 186
4.11.3 機柜應(yīng)用實例 187
4.11.4 小結(jié) 188
4.12 機房空調(diào) 188
4.12.1 背景 188
4.12.2 空調(diào)智能元件 188
4.12.3 機房空調(diào)應(yīng)用實例 190
4.12.4 小結(jié) 191
4.13 Region 191
4.13.1 背景 191
4.13.2 Volume Region 192
4.13.3 Collapsed Volume Region 194
4.13.4 Collapsed Volume Region仿真數(shù)據(jù)
獲取實例 194
4.13.5 小結(jié) 195
第5章 特性 196
5.1 Ambient特性 196
5.2 Fluid特性 197
5.3 Grid Constraint特性 198
5.4 Material特性 199
5.5 Radiation特性 201
5.6 Resistance特性 201
5.7 Source特性 202
5.8 Surface特性 204
5.9 Surface Exchange特性 205
5.10 Thermal特性 206
5.11 Transient特性 207
第6章 網(wǎng)格劃分 209
6.1 網(wǎng)格劃分步驟 209
6.2 幾何模型處理 209
6.3 系統(tǒng)網(wǎng)格設(shè)置 210
6.4 網(wǎng)格約束與局域化 212
6.5 重要區(qū)域網(wǎng)格劃分經(jīng)驗 214
6.5.1 軸流風(fēng)扇 214
6.5.2 散熱器 215
6.5.3 PCB 215
6.6 網(wǎng)格質(zhì)量調(diào)整 215
6.7 網(wǎng)格獨立性 217
6.8 網(wǎng)格劃分實例 218
6.9 小結(jié) 222
第7章 求解計算 223
7.1 Profiles窗口介紹 223
7.1.1 Profiles窗口作用 223
7.1.2 Profiles窗口界面 223
7.2 求解收斂判斷標(biāo)準(zhǔn) 224
7.3 求解計算參數(shù)殘差值 225
7.4 參數(shù)終止計算殘差值 226
7.4.1 壓力終止計算殘差值 226
7.4.2 速度終止計算殘差值 227
7.4.3 溫度終止計算殘差值 227
7.5 參數(shù)殘差曲線的形式 227
7.6 出現(xiàn)收斂問題的原因 228
7.6.1 與參數(shù)終止計算殘差值相關(guān) 228
7.6.2 仿真模型創(chuàng)建錯誤 229
7.6.3 網(wǎng)格質(zhì)量和數(shù)量 229
7.7 求解選項設(shè)置 230
7.8 參數(shù)殘差曲線收斂改善方法 232
7.8.1 仿真模型檢查 232
7.8.2 確定引起收斂問題的原因 233
7.8.3 求解選項調(diào)整 233
7.8.4 采用Monitor Point Convergence For
Temperature功能 233
7.8.5 殘差曲線收斂改善實例 233
7.9 小結(jié) 236
第8章 Visual Editor后處理模塊 237
8.1 Visual Editor介紹 237
8.1.1 Visual Editor作用 237
8.1.2 Visual Editor界面 237
8.2 Visual Editor圖形后處理 238
8.2.1 基本操作 238
8.2.2 全局設(shè)置 240
8.2.3 Viewer設(shè)置 241
8.2.4 Geometry設(shè)置 241
8.2.5 結(jié)果設(shè)置 242
8.2.6 標(biāo)注 248
8.2.7 動畫 248
8.2.8 結(jié)果輸出 249
8.3 Visual Editor 表格后處理 249
8.3.1 結(jié)果數(shù)據(jù)類型 249
8.3.2 數(shù)據(jù)結(jié)果輸出 253
8.3.3 自動創(chuàng)建結(jié)果報告 253
8.4 小結(jié) 254
第9章 Command Center優(yōu)化模塊 255
9.1 Command Center優(yōu)化模塊介紹 255
9.1.1 Command Center作用 255
9.1.2 Command Center界面 255
9.1.3 Command Center使用流程 255
9.2 輸入變量 256
9.2.1 數(shù)據(jù)輸入形式 257
9.2.2 圖形輸入形式 258
9.3 輸出變量 258
9.4 創(chuàng)建方案 258
9.4.1 默認(rèn)創(chuàng)建方案 258
9.4.2 Multiply Input Variables創(chuàng)建方案 259
9.4.3 實驗設(shè)計創(chuàng)建方案 260
9.4.4 方案列表 262
9.5 方案求解監(jiān)控 263
9.6 方案優(yōu)化設(shè)計 264
9.6.1 順序優(yōu)化 265
9.6.2 響應(yīng)面優(yōu)化 265
9.7 優(yōu)化方案結(jié)果處理 266
9.8 Command Center優(yōu)化實例 267
9.9 小結(jié) 272
第10章 BGA封裝芯片熱仿真實例 273
10.1 BGA封裝芯片背景 273
10.2 BGA封裝芯片熱設(shè)計目標(biāo) 273
10.3 BGA封裝芯片散熱機理 273
10.4 BGA封裝芯片熱仿真概述 274
10.4.1 熱仿真目標(biāo) 274
10.4.2 熱仿真流程 274
10.4.3 熱仿真所需信息 275
10.5 BGA封裝芯片熱仿真 277
10.5.1 BGA封裝芯片建模 277
10.5.2 BGA封裝芯片RJA熱阻熱仿真 289
10.5.3 BGA封裝芯片RJB熱阻熱仿真 295
10.6 小結(jié) 302
第11章 戶外通信機柜熱仿真實例 303
11.1 戶外通信機柜熱設(shè)計背景 303
11.2 戶外通信機柜冷卻架構(gòu) 303
11.3 戶外通信機柜熱設(shè)計方法 304
11.4 戶外通信機柜熱仿真概述 304
11.4.1 熱仿真目標(biāo) 304
11.4.2 熱仿真流程 304
11.4.3 熱仿真所需信息 305
11.5 戶外通信機柜熱仿真 305
11.5.1 Shelf模塊簡化 305
11.5.2 戶外通信機柜穩(wěn)態(tài)熱仿真分析 325
11.6 小結(jié) 344
第12章 數(shù)據(jù)中心熱仿真實例 345
12.1 數(shù)據(jù)中心熱設(shè)計背景 345
12.2 數(shù)據(jù)中心熱設(shè)計挑戰(zhàn) 345
12.3 數(shù)據(jù)中心熱設(shè)計目標(biāo) 346
12.4 數(shù)據(jù)中心冷卻架構(gòu) 346
12.5 數(shù)據(jù)中心熱仿真概述 348
12.5.1 數(shù)據(jù)中心介紹 348
12.5.2 熱仿真目標(biāo) 348
12.5.3 熱仿真流程 349
12.5.4 熱仿真所需信息 349
12.6 數(shù)據(jù)中心熱仿真 349
12.6.1 建立仿真模型 350
12.6.2 網(wǎng)格劃分 378
12.6.3 求解計算 382
12.6.4 結(jié)果分析 383
12.7 小結(jié) 384
參考文獻 385

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8. 電子技術(shù)（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
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10. 信息處理技術(shù)員考試32小時通關(guān) [薛大龍]
11. 電子產(chǎn)品設(shè)計案例教程（微課版）—基于嘉立創(chuàng)EDA（專業(yè)版） [王靜 莫志宏 陳學(xué)昌 丁紅]
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27. 畫法幾何與機械制圖習(xí)題集（多學(xué)時） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認(rèn)證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發(fā) [李智威 著]
30. 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計師備考一本通 [夏杰 編著]