老皮講堂-電子散熱軟體計算之收斂問題研究

        這一次老皮要來討論一下關於3C散熱產業設計常用到的仿真(模擬)軟體之計算經驗問題分享, 老皮這次先探討先以Flotherm這套軟體的來探究一下.
     
       從事過電子散熱領域的工程師, 就我所知, 最常採用的計算仿真軟體通常有兩款ICE-PAK跟Flotherm. 當然也不只這兩種, 大家可以谷哥一下. 近年Flotherm又出現兩款兄弟軟體, 主要是針對複雜外型的產品可以作比較快速簡易的分析, 如FloEFD或者Flotherm XT. 不過這兩款的應用面略有不同, 個人認為前者比較適合作模組及零件段的熱分析; 而後者則適合在整機系統散熱涉及到外型ID有可能會影響散熱分析的情況中來應用. 如果想要作更細部的熱傳及流體分析, 則得考量使用高端的CFD軟體, 如Star CD, CFX, 或Fluent. 當然, 這個是更需要專業背景人士及長時間研究者才較容易上手.
 
        如果要作好一個熱傳分析, 在軟體計算時最終所呈現出來的收斂性是極為重要, 以Flotherm而言, 如果在初始運算的前幾部就發生溫度正負亂跳, 溫度速度及壓力場無法隨著疊代(Iterattion)次數有效下降, 這時將很難計算出正確的溫度跟流場值, 就必須適時停止計算, 重新檢視自己的Model.

        個人認為一個正確的熱流計算, 在運算時必須要有好的收斂性才行. 而影響收斂性的幾項主要因素可能可以包含格點的布局及疏密性是否良好(長寬比Aspect Ration最好能落於50以下, 若不行也要盡量作到100以下), 及其格點之漸變性是否順暢. 如果可以, 盡量使用內建的Smart part. 另外, 還要考量的是Model中的流速, 是屬於紊流(Turbulent flow) 或者是層流(Laminar flow), 以及預估的Free Convection velocity數值大小並進行適當的調整. 另外求解器, 可以適時選擇Multi Grid或者是Segregated conjugated residual(在疊代過程中利用殘差來加速溫度與壓力的線性方程), 後者個人覺得計算耗時較久. 基本上, 大多數的熱流計算還是以採用Multi Grid. 如真的搞不定時, 可以試試後者囉.