报告、到可视化后处理等所有基本功能。它可以完全满足元件级、板级和模块级、系统级等各种层次的分析。该模块还包含TABLES 分析结果数据报告和VISULATION可视化后处理等功能。FLOMOTION为仿真结果动态后处理模块，不仅有最大最小值指示、复杂空间等值（温度、压力、速度）曲面、物体表面温度分布、流线、真实感非常强的示踪粒子运动、流体质量流、热功率流，可以将运算后的数据以流体示踪粒子三维动画等形式直观方便地显示出来。FLO/MCAD为软件接口模块，不但完全支持PRO/ENGINEER 等机械CAD 软件几何模型的直接调用并自动简化，还可以通过IGES、SAT、STEP、STL格式读入如UG、I⁃DEAS 和AutoCAD 等MCAD 软件建立三维几何实体模型，可以大大减少对复杂几何模型的建模时间。
4 热仿真分析实例及研究
热仿真分析就是根据实验对象建立热分析模型，并赋予模型各种属性、环境条件、功率大小等因素，运用热仿真分析软件对其进行仿真模拟，得出模拟实验数据，进而对其分析研究。热仿真分析能够快速有效地得出仿真数据，降低实验成本，缩短产品研发周期。这里选取教学机器人PCB控制板作为热仿真对象，PCB板上分布有诸多电子元器件及数据线接口，整块PCB板为典型的密闭电子设备，将对理论计算所得温升较大的电子元器件进行仿真分析，对实验数据进行分析研究，找出导致温升的一些因素并对仿真数据存在误差的因素进行分析研究[4]。其中教学机器人如图1所示，PCB控制板如图2所示。
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼15T1.tif>
图1 教学机器人
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼15T2.tif>
图2 PCB控制板
4.1 热分析模型建立
实验对象为典型的密闭电子设备，该实验对象包括一块PCB控制板及铝合金壳体。其中，PCB控制板上有诸多电子元器件，各电子元器件工作时产生热量通过壳体内空气对流换热将热量传递到铝合金壳体上，壳体再将热量散失到外部环境。针对实验对象，由于PCB板上电子元器件多而密集，这里要对其进行简化处理，保留PCB板上功率较大的电子元器件，将功率较小的元器件省略，但需将其功率损耗计算在内，这样极大地降低了建模的复杂程度，也能更有效的计算出结果[5⁃6]。
建立热分析模型，首先，创建一个新项目并将其命名后保存，定义求解域，设置外部环境条件及参数，其次，创建箱体，并定义尺寸大小、厚度、材料等参数，最后，按照实验对象实际尺寸及相对位置在箱体内部创建PCB及其电子元器件，并定义热源、材料属性、传热系数等相关参数[7]。当模型建立后，为了检测电子元器件发热情况，在需要测温的电子元器件中心位置放置监控点。建立热分析模型如图3所示。
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼15T3.tif>
图3 热分析模型
4.2 网格划分
在模型建立完成后，即可对其进行网格划分。运用软件自带的网格划分工具对模型进行快速的网格划分，在计算量不大的情况下，为了获得更加精确的运算结果，这里可以将网格划分的精细些，并可采用局部化分网技术，对发热元器件区域网格再进行局部加密。根据实验模型复杂程度及温度梯度的大小，为模型划分出合适密度的网格，这样既能保证仿真结果准确性的同时又能适当降低求解难度缩短求解时间[8]。针对此实验模型，划分出适合的网格如图4所示。
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼15T4.tif>
图4 网格划分
4.3 求解计算及后处理
在完成以上操作后对模型进行求解计算。点击Solve start按钮并确认即可进行计算求解，由于模型要进行热辐射计算，因此软件先进行热辐射交换因子计算，在完成热辐射交换因子计算后，软件开始进行后续的计算工作，在计算过程中可以实时查看迭代运算状况、趋势及监控点在各次迭代运算中的状况，根据迭代情况软件会停止计算，也可以通过收敛曲线图判断是否收敛，当计算收敛或监控点温度稳定时可不再计算，否则须检查网格划分是否有误或重新设定相关参数进行再次计算，直至迭代收敛。本实验残差曲线及监控点温度曲线如图5所示，可看出迭代计算收敛，监控点温度变化曲线稳定[9⁃10]。运算完成后查看计算结果，打开Plot Editor窗口，通过温度场分布云图，如图6所示，可以得到计算模型的最高温度、最低温度及温度分布情况。掌握诸多重要信息后，可以对模型结构及布局进行合理调整，再继续进行分析计算，进而得出最佳设计方案[11]。
图5 残差曲线及监控点温度曲线
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼15T6.tif>
图6 温度场分布云图
4.4 问题剖析研究
温度是影响电子元器件正常工作的主要原因，当超出极限温度时，电子元器件工作性能急剧下降，温度过高将导致电子元器件失效或烧毁。电子元器件的极限工作温度一般情况下为：民用级0～70 ℃;工业级20～85 ℃;军用级55～125 ℃。为了具有较好的工作性能，便于长时间实验操作，并且节省成本，本实验教学机器人重要电子元器件采用工业级[12]。由实验仿真结果来看，所有受监测的元器件最后工作温度稳定在85～105 ℃之间，略高于工业级元器件最高工作温度，但教学机器人样机测试中各项工作参数正常，并没有出现电子元器件工作失常情况，由此可见，采用热仿真分析得到的结果可以再一定程度上反应电子元器件正常工作时温度变化情况，但是其与物理实验结果存在一定的误差。针对热仿真分析软件操作流程简单这一特点，可以进行多次仿真实验、优化等手段来研究影响热分析精度的因素。通过诸多试验可以得出热仿真误差主要有：模型简化误差、边界条件误差、网格误差等[13]。通过对以上各方面进行优化操作可以很好地减小误差，使热仿真分析结果更接近实际值，从而更有效地辅助工程师进行设计。
5 结 语
这里从热分析软件理论基础讲起，用实例详细阐述典型热分析软件的使用过程，对热分析结果进行分析研究，发现热分析软件存在误差这一特点，找出导致热分析出现误差的一些因素，并提出减小误差的方案措施，从而提高热仿真分析结果的精度。从整体来说，热仿真分析可以快速有效地得出电子元器件系统热设计的分析结果，模拟出设备的温度场分布，从而使设计者对设备的散热能力有直观、准确的了解，能及时发现设计中的问题并予以修改，使其能够满足设计要求。并且电子设备的计算机辅助热设计还有待于进一步的完善和发展，才能从真正意义上提高产品的可靠性，缩短产品的开发时间。因此，电子设备热仿真分析具有很大的研究潜力和价值。
参考文献
[1] 程尚模.传热学[M].北京：高等教育出版社，1990.
[2] 于建祖.电子设备热设计及分析技术[M].北京：北京高等教育出版社，2002.
[3] 龙天渝.计算流体力学[M].重庆：重庆大学出版社，2007.
[4] 邱成悌，赵役，蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京：东南大学出版社，2005.
[5] LIU D G， PHENILATHE V， ZHANG Q J， et al. Asymptotic thermal analysis of electronic packages and printed⁃circuit boards [J]. IEEE Transactions on Components， Hybrids，and Manufact Techno1， 1995， 18（4）： 781⁃787.
[6] ZAM_ENGO A， RECCHIA M， KRAUS W， et a1. Electrical and thermal analyses for the radio⁃frequency circuit of ITER NBI ion source [J]. Fusion Engineering and Design， 2009， 84 （9）： 2025⁃2030.
[7] 于慈远，于湘珍，杨为民.电子设备热分析/热设计/热测试技术初步研究[J].微电子学，2000，30（5）：334⁃337.
[8] 周琚.密闭式电子设备热分析方法仿真研究[J].计算机仿真，2012，29（11）：416⁃419.
[9] YU C W， WEBB R L. Thermal design of a desktop computer system using CFD analysis [C]// 2001 Seventeenth Annual IEEE Symposium on Semiconductor Thermal Measurement and Management. San Jose， CA： IEEE， 2001： 18⁃26.
[10] 方志强，付桂翠，高泽溪.电子设备热分析软件应用研究[J].北京航空航天大学学报，2003，29（8）：737⁃740.
[11] MATHIAS J D， GEFFROY P M， SILVAIN J. Architectural optimization for microelectronic packaging [J]. Applied Thermal Engineering， 2009， 29（11/12）： 2391⁃2395.
[12] 李国云，胡建军，刘振军，等.双离合器自动变速器电控单元的温度场及优化设计[J].兰州理工大学学报，2010，36（4）：56⁃60.
[13] 李琴，朱敏波，刘海东，等.电子设备热分析技术及软件应用[J].计算机辅助工程，2005，14（2）：50⁃53.