热仿真帮助航空器电子设备在50,000英尺的高空实现散热

日期:2012-06-19

FLOTHERM仿真帮助实现50,000英尺高空中ATR机箱的冷却

Hybricon Inc.的高级工程师Michael Palis接受了来自一个国防部门的客户的挑战,该客户要求其帮助他们对一个功率散耗约200瓦的ATR机箱进行散热,使该设备能够在50,000英尺的高空运行。Palis使用热仿真评估了一系列的设计方案,重点关注散热片的设计和风扇在高空中的性能。仿真帮助确定了几种可以达到客户的苛刻要求的备选设计方案。基于Palis的推荐,国防客户建立了系统,性能几乎与仿真预测结果完全一致。

 
几十年前ATR系统的功率散耗通常为50至60瓦,而今则高达200瓦,这极大的增加了热管理挑战的难度。这样的难度系数在高空条件下更大。50,000英尺高空的空气密度仅相当于海平面空气密度的1/8,意味着如果在这样的高空对设备散热,要达到与海平面条件下同样的散热效果,就必须将空气的体积流量乘以系数8。
 
“我们采用了各种方法来应对这些挑战,包括手算和流体仿真建模。不过到目前为止最有效的还是Flotherm,就是我们的热仿真工具。”Hybricon Inc.的高级仿真工程师Michael Palis 说,“Flotherm为我们设计的全过程提供了详尽的压力、温度及气流的图形信息分析,使我们能深切的知道该如何改进设计。”
 
Palis利用Flotherm的参数化设计功能帮助优化散热片设计。他通过设定软件来变换风扇的数量和厚度。随后Flotherm软件在设定的变化范围内自动进行优化设计,全面仿真机箱内的流体速度和温度。结果表明当风扇数量为21个时设计达到最优化。
 
仿真结果显示优化的散热片设计能够符合35,000英尺高空的温度要求,但达不到50,000英尺高空的要求。Palis将这一结果告诉客户。客户表示35,000英尺的运行高度可以达到初步展示样机的要求,但是还需要开发出能在50,000英尺高空运行的量产型号方案。为了评估使用更高性能的风扇装置的影响,Palis随即进行了进一步的仿真。仿真表明这种高性能的风扇可以达到客户的50,000英尺的运行要求。
 
“在此次应用中,通过优化散热片设计-利用高空条件下从机箱中抽出的有限体积的空气进行完全的散热,我们达到了客户苛刻的高空散热要求。”Palis总结说,“并且我们能够解答假设性问题,这就使客户能针对其产品当前的展示样机和未来的量产型号制定出相应的热管理战略。”
 
FLOMERICS
 
FLOMERICS公司创立于1988年,是全球第一个开发专门针对电子设备热设计仿真软件的公司,自1989年推出FLOTHERM电子热分析软件以来就一直居于市场领导地位并引领该行业的技术发展。目前FLOMERICS公司还是一家在伦敦股票交易所上市的高技术软件公司。在1999年,FLOMERICS公司还兼并了在时域电磁场分析方面全球领先的KCC软件公司,推出了全球首个系统结构级电磁兼容仿真软件FLO/EMC,目前FLO/EMC和FLOTHERM软件已实现完全无缝和同一界面的协同设计,可共享几何模型,令结构设计工程师可以快速方便地全面分析系统的散热与电磁兼容性这一对矛盾并得出符合二者要求的设计方案。
 
作为电子热分析领域技术的领导者和标准制定者,FLOMERICS公司拥有业内数量最大的电子热分析专家队伍,FLOTHERM不但是全球第一套专业电子散热分析软件,也是目前唯一拥有参数化和目标驱动优化设计功能、全球标准IC封装热分析模型库(Flopack)及CAD模型自动热等效简化功能的软件,其中Flopack芯片封装热分析模型已被美国JEDEC组织考虑作为全球唯一的IC标准热模型。FLOMERICS公司一直并会继续领导全球电子散热设计技术的发展。
 
Flo/EMC是目前全球唯一专业面向系统级电磁兼容分析的仿真软件。FLO/EMC采用先进的时域传输线矩阵法(TLM),只需要一次求解就可以得到系统在整个频域的响应曲线。它非常适合进行系统和子系统级的屏蔽效能分析、辐射性能分析以及散射参数分析。可以直接获得时域响应曲线、屏蔽效能曲线、三维的空间电磁场分布图及随相位和空间位置变化的动态效果图、表面电流分布图以及辐射方向图等分析结果。
 
Microstripes是功能强大的三维电磁计算仿真软件。Microstripes三维电磁场分析软件采用高级时域传输线矩阵(TLM)求解Maxell方程组。在时域通过冲击脉冲激励,可以一次性求解出系统整个宽频的响应。Microstripes友好的图形操作界面,独特OCTREE网格划分技术等特点使其成为分析复杂、电大尺寸天线及微波器件模型电磁场特性的理想工具。
 
T3Ster (可以读作“Trister”)是FLOMERICS公司兼并的MicReD公司研发制造的先进的热测试仪,用于测试半导体芯片组的热特性。T3Ster运用先进的JEDEC静态试验方法(JESD51-1),通过改变半导体芯片组的输入功率,从而使该芯片组从“冷”状态转变为“热”状态。在变化过程中,T3Ster测试出芯片的瞬态温度响应曲线,仅在几分钟之内即可分析得到关于该芯片组的全面的热特性。
 
依据独立的第三方调查显示,目前全球80%以上的电子产品散热及EMC设计工程师都在依靠本公司的FLOTHERM & Flo/EMC软件进行电子散热与电磁兼容性设计与分析…,客户包括大型跨国电气产品制造商、全球所有位于前十位的PC/工作站/大型计算机制造商、所有主要的电信交换设备和网络设备制造商、所有主要的半导体制造商以及航空航天及军事领域内最主要的供应商。
 
FLOMERICS公司在全球40几个国家和地区都有分支机构或分销商从事市场与技术支持,其中英国、美国、法国、德国、意大利、瑞典、中国、日本、韩国、新加坡、印度等地区都拥有全资分支机构,覆盖了全球所有主要的电子生产、研发地区。

 

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