計算機輔助熱分析
?數值傳熱學，數值流體力學
?數值計算方法
?建模技術
?程序設計
導熱的數值分析
有限元素法(變分原理)
有限差分法(溫度連續分布問題轉化為離散點的問題,用差商去代替微商)
有限差分法求解步驟
（2）討論與該差分格式對應的線性代數方程解的唯一性
（3）求解代數方程組，得到區域內的溫度分布(確立差分格式是關鍵,通過區域離散化,建立區域差分方程和邊界條件的差分形式,構建差分格式,求解線性代數方程,得到各節點的溫度,節點數越多,精度越高)
（1）構成差分格式 有限元素法求解步驟
（2）寫出單元的泛函表達式
（3）構造每個單元內的插值函數
（1）區域離散化
（5）構成代數方程組
（6）求解代數方程組
（4）求泛函極值條件的代數方程表達式
對流換熱的數值計算
連續方程 能量方程 動量方程
輸入及數據維護模塊
輸入與數據維護模塊的主要功能是讀入用戶輸入的設備結構描述數據和必要的邊界件，為網格劃分及后面的數值計算模型作準備。可采用菜單方式，也可結合一些圖形說明，增強直觀操作性。模塊由總體參數描述和邊界參數描述兩部分組成。
網格生成及顯示模塊
在速度場和溫度場的分布計算中，網格劃分是一項重要且仔細的工作。在常見的復雜區域中，各個過渡區域及邊界處所采用的網格劃分方法，對計算程序的編制、計算過程的復雜性和計算精度都有很大的影響。
在程序設計中，可以用自動網格生成的或手工劃分網格。自動網格劃分的基本思路是在保證網格內的物性參數相同的情況下，區域內的網格盡量均勻化。
數值計算模塊
數值計算模塊是熱分析的核心模塊，包括計算傳熱學中所論述的各種計算方法，包括速度場、溫度場的計算程序，也包括研究分析對象的區域劃分及邊界條件的處理程序等。可采用面向對象的程序設計技術。
結果輸出及顯示模塊
數值計算結果輸出最直接的方式是將求解變量節點的值以文本文件的形式輸出。但當計算的數很大時，其輸出的數據量也隨之增加，顯得繁雜且不方便。比較好的輸出方式，可以將計算結果以圖形化的形式顯示出來?？梢灾苯诱{用相應的商品軟件，就能顯示計算結果。
ICEPAK軟件仿真實例
例：在一個機柜里有5個高功率的設備（密封在一個腔體內），一塊基板，10個肋片散熱器，三個風扇s, 和一個自由開孔，如圖10-7所示。散熱器和基板用鋁型材，每個風扇質量流量為0.01kg/s，每個熱源為33W。根據設計目標，當環境溫度為20℃時，設備的基座不能超過65℃。
解：
仿真分析過程如下：
a. 創建工程項目
用戶新建一個工程項目，Icepak會生成一個缺省的機柜，尺寸為1 m ′1 m′1 m。
建立仿真模型
定義機柜結構尺寸。
該機柜尺寸為0.1 m ′0.25 m ′0.356 m，位置保持在（－0.025,0,0）。
定義基板尺寸。
該基板0.006m 厚，將機柜分成兩個區域：設備一面和散熱器肋片一面。基板尺寸設定為X＝0.006m，Y＝0.25m，Z＝0.356m，位置保持在（0,0,0）。
建立自由開孔。
該矩形孔位于機柜前部，尺寸設定為X＝0.069m，Y＝0.25m，Z＝0.0m，位置保持在（0.006,0,0.356）。
建立風扇。
風扇位于機柜后部，共有3個風扇，風扇外徑0.03m，內徑0.01m，風扇類型為軸流風機，質量流量為0.01kg/s 。第一個風扇位置保持在
（0.04,0.0475,0），其余沿著Y方向偏移0.0775m 復制 建立功率熱源器件。
器件位于基板正面上，共有5個，每個功率33W，尺寸大小為0.02m′0.007m，第一個器件位置保持在（0,0.0315,0.1805），其余沿著Y方向偏移0.045m 復制。
建立散熱器。
散熱器位于基板背面上，散熱器肋片材料為鋁型材，大小為0.069m′0.281m，厚度為0.0025m，共10片。第一個肋片位置保持在（0.006,0.0375,0.05），其余沿著Y方向偏移0.025m 復制。
建立密封腔體
該腔體用來密封5個高功率器件，其大小為0.025m′0.25m′0.365m，共5個壁面，每個壁面設置傳熱系數為15W/m . ℃。
ICEPAK建立的模型如圖10-8所示。
網格劃分
ICEPAK是通過2步來生成網格。首先生成粗網格并檢查網格來確認什么地方的網格需要細化. 然后進行細化網格。
粗網格生成。
如圖10-9所示，在Mesh control 面板里, 選擇Coarse. Icepak 就會將網格設置改變為粗網格的設置，設置Max X size to 0.01, the Max Y size to 0.01, the MaxZ size to 0.02?？梢栽O置觀測點來檢查生成的網格，如圖10-10a所示顯示垂直肋片平面粗網格。
細化網格
檢查可以發現散熱器肋片中的網格太大，不足以解決該問題。根據需要將所有散熱器肋片外圍的每一層網格的高度細化到0.004mm。細化網格圖形如圖10-10b所示。
選擇求解模型
Icepak軟件提供有層流/紊流模型、混合長度方程（0-方程）,雙方程(標準- 方程), R G -, 增強雙方程(標準- 帶有增強壁面處理), 或Spalart-Allmaras 紊流模型供用戶進行選擇，可進行穩態/瞬態分析、強迫對流/自然對流/混合對流分析、流固耦合分析和熱輻射分析。本實例通過估算雷諾數和貝克利數確定采用紊流模型。
e. 求解計算
在完成上述工作后，點擊啟動求解器，Icepak將開始求解，一個新的窗口將會出現。它顯示了計算的殘差。Icepak 也會打開Mo itor 窗口，來顯示收斂過程。求解完成后，殘差曲線如圖所示。
f. 結果分析
顯示速度向量切面
如圖所示顯示沿著散熱器肋片切面的速度分布，可以看出在風扇葉片的位置氣流速度高. 最低速度出現在翅片與壁面之間.
顯示溫度分布圖 如圖所示顯示沿著散熱器肋片切面的溫度分布圖，可以看出最高溫度出現在散熱器肋片的中部，風道下游溫度高于上游。
顯示速度向量及壓力分布圖
圖10-14顯示出壓力分布圖及速度向量圖，圖中顯示出高壓力區在風扇的下游，局部最大值出現在肋片上游的頂部.
用溫度的顏色來顯示腔體區域的速度向量
圖10-15顯示了在熱源腔體內有一個大的對流，空氣溫度在風扇一側下降，在熱源位置上升，最高溫度出現在最上面的熱源。
顯示5個熱源的溫度分布圖
圖10-16顯示了5個熱源的溫度分布圖。幾個熱源的溫度分布比較相似，中心溫度高，四周溫度低，中間的那個熱源溫度比較高。
頂部和底部的熱源溫度分布接近。
顯示基板的溫度分布圖
圖10-17顯示出背板溫度分布圖。可以看出溫度熱點在熱源的附件。最高溫度出現在三個中間的熱源周圍。
通過后處理直觀顯示分析，基板最高溫度為52.3℃,說明所設計的散熱器足可以滿足冷卻要求。
計算機輔助熱分析
國外計算機輔助熱分析
(THEBES,FLOTHERM,FLUE T,A SYS,FLOTRA ,FIDAP/ICPAK,
ESC,PHOE ICS,HOTBOX,TMG, ATA ,CATS,CFX4,STAD-D等)
國內計算機輔助熱分析
原電子部成立了熱分析軟件應用總體組,負責電子設備計算機輔助熱分析的研究工作,雷達結構熱分析,專用芯片熱設計,MCM熱分析,導熱模
塊熱分析,電子機箱熱分析,散熱器優化設計等.
商用軟件性能比較
THEBES,FLOTHERM,PHOE ICS
HOTBOX,FLU T,FLOTRA ,FIDAP/ICEP
AK,CFX4,STAR-CD.
數值特性
計算功能
計算誤差
航天電子設備的熱設計
1.空間環境與航天器的熱平衡
2.航天器的被動熱控制技術
3.航天器的主動熱控制技術
4.航天器的熱設計
空間環境
宇宙真空和低溫
太陽輻射
地球大氣層
地球-大氣層的熱輻射
航天器的被動熱控制技術
熱控制涂層
隔熱技術(多層)
相變熱控制技術(相變制冷)
熱管技術
其他被動熱控制技術
航天器的主動熱控制技術(1)
1.輻射式主動熱控制方法
熱控百葉窗 熱控轉動盤
2.傳導式主動熱控制方法
接觸式熱開關 可控熱管
3.對流主動熱控制方法(氣體與液體)
4.熱電熱控制方法
熱電調溫 熱電制冷
5.航天器制冷方法
航天器的熱設計
熱設計的任務與原則
系統方案設計
熱設計中的問題
內熱源
太陽能電池的熱控制
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