解决散热和应力问题用什么软件好呢 公司要选型ANSYS NASTRAN COMSOL ALGOR还是abaqus

luohust

解决散热和应力问题用什么软件好呢 公司要选型ANSYS NASTRAN COMSOL ALGOR还是abaqus

要解决的问题是 以LED为光源的显示器  主要解决散热问题（导热 对流 辐射） 热形变问题
对流自然是可以取对流换热系数 不过也想自己可以做气体的流动模拟真实地对流热传递。

个人感觉 如果是真实的物理过程 应该是 热-流体-结构的耦合过程。 不过 我觉得相互影响没有那么
大  所以打算先直接计算物体在空气自然对流状态下的散热和温度场 不考虑变形。 计算出 温度场
之后 再用这个温度场去计算热应力和形变。   不过还是希望软件有耦合计算的功能， 这样可以耦合
计算一下 作为对比。


以前是做CFD计算的 用的是 fluent  对有限元软件接触得不多 现在一了解 发现能做耦合场 分析的有限元
软件很多  我自己看过资料的就有 ANSYS NASTRAN COMSOL ALGOR  abaqus cosmos 等等。 所以不知道 到底该买哪一个合适。


大致要求是

1 因为原有的模型结构非常复杂 所以需要软件可以很好的和cad软件接口 solidworks 和pro/e  最好是CAD模型
直接读入。 原来用fluent的时候 用iges转换输入到GAMBIT中 结果发现面与面之间的关系没有了 也就是说 应该是贴在一起的面  变成了分离的面 这样画网格的时候 就是各自归各自没有联系了。   还有一个问题是 转化之后的模型  在gambit中切割 延长等操作都不能进行 结果是花了很长的时间用GAMBIT做了个模型。

2 流体的计算可靠一点   


3 辐射的计算可靠一点


谢谢 ：）

iomega

My two cents:

(1) Radiation should be negibile since LED temperature won't be high.
(2) No need to simulate the convection using fluid, just use h...

You are saying you want to get accurate simulation result by considering everything - there is no need. For instance, do you know the exact thermal and mechanical properties of the components? Do you measure them? I guess you will end up just get them from literature.  My experience of thermal property measurement is that it has uncertainty of +/-10%.

One example: I spent half day using an simple ANSYS model and also analytical model to get temperature rise of a CPU package, modeling convection as simple h, and the result matches the experimental data. While another engineer used Flotherm to model the whole system including heat sink, fan and air flow field. He had problem of large meshes and
spent one month to get the same results as mine which only took half a day.

原帖由 luohust 于 2008-6-25 18:32 发表
解决散热和应力问题用什么软件好呢 公司要选型ANSYS NASTRAN COMSOL ALGOR还是abaqus

要解决的问题是 以LED为光源的显示器  主要解决散热问题（导热 对流 辐射） 热形变问题
对流自然是可以取对流换热系数 不过 ...

luohust

谢谢你的回复  受益良多  我现在只是初步的考虑  因为我们开发的产品 散热环境不好  只有自然对流换热 所以我个人感觉 在自然对流情况下 辐射换热和流动换热 应该是个差不多的量级  所以想可能要考虑辐射换热。  我以前用FLUENT 已经做过这个计算   对流换热也是直接取得 h  但是结果和试验符合的不是很好    当然 我可以调节h的大小  使结果大致符合  但是如果换个模型 那应该取多大的h呢  如果没有试验结果 如何知道h取得是不是合理呢   这些问题我还没有想清楚。

另外   Flotherm 好像是专门作斯电子热分析的 不过它能算热应力 结构变形吗

chaos_zzy

自然散热是一定要考虑辐射换热的，我觉得目前可行的方法是通过CFD软件求解出温度场。
然后将计算结果导入ANSYS中做热应力计算。

见过用这种方法做双金属片变形（热-结构耦合）的例子。版主提醒的对，热应力计算时材料的机械参数确定也是个难点。

iomega

let's run an simple estimation:
h_rad = 4*esp*sigma*(T*T0)^(3/2). sigma = 5.67*10^-8.
Assume T0 = 300K (room temperature) , T= 100C (373K) is the maximum junction temperature that LED can sustain, assume esp = 0.5 (very resonable considering roughness of the LED screen surface).
h_rad ~ 1    W/m^2-K
h_conv ~ 10 W/m^2-K
So maximum thermal radiation is 10% of that from heat convection... In addition, the LED should be embedded in side package, so the package surface participateing the radiation will have substainially lower temperature than junction temperature. So actual h_rad will be even smaller, e.g., less than 0.5 W/m^2-K.

On the other hand, the thermal property value even from measurement usually will have 10% uncertainty. so as first order it's reasonable to ignore the radiation.

[ 本帖最后由 iomega 于 2008-6-26 13:19 编辑 ]

chaos_zzy

版主研究方法和精神值得学习。不过在计算中有几点假设可能值得商榷：
1， esp可能达到0.9（大多数PCB和芯片表面发射率）
2，h_conv ~ 10 W/m^2-K 有点高估，对于小尺寸产品一般在5-8之间
3，辐射不仅包括LED到内壁，也包括外壁与环境之间的辐射换热

当然在自然对流时，辐射换热占的比重也是case by case，不过为了得到更加准确的温度值，建议应该详细计算辐射。

luohust

我原来做的LED照亮的液晶显示器  考虑一般室温和高温环境中的散热两个情况  用1 纯自然对流换热系数  
2 自然对流换热系数+辐射    3 计算流场  4 计算流场+辐射    结果和试验都符合得不太好    后来就参照试验结果给了一个高一点换热系数去迎合试验的结果。   当然这就完全失去了CAE的目的。 但是目前为止 我也不知道这种显示器散热 对流换热系数取多少合适 有没有什么可以参考的信息

chaos_zzy

在输入数据准确的情况下“4 计算流场+辐射”的计算结果是可以保证精度的。
建议检查以下几点：
1 发热量是否准确（以实验时产品工作的发热量为准）
2 网格质量（加密网格查看结果的变化，仿真结果应该保证网格无关性）
3 材料参数是否准确（LED所在PCB板的导热性能，材料表面发热率等）
4 其他简化和模型设置（比如局部接触热阻，计算模型等）

luohust

hehe   说道流体计算 我不由得想起一个一直都考虑的问题 就是模拟跟实际或者是实验到底差多远
说实在话 模拟的东西直接用于工业生产设计 我心里没底  以前做研究还好说 文章而已。
比如流体 层流的模拟准确性高一点 但是工业中层流的情况很少  基本是湍流 而湍流计算用
的是湍流模型 模型本身就是对湍流的近似了。  还有流动时候壁面的处理等等

chaos_zzy

如果纯粹做流体分析，可能需要重点关注流动模型和壁面函数等。
但LED等电子散热问题简单一点，局部流动特征的丢失对温度影响不大：
热量通过导热传到大散热面上，只要散热面总体换热系数准确，一般都能得到准确的热源温度。

之前做过几个自然散热的项目，芯片温升误差能控制在5%左右（都是先仿真后实验，没有根据实验结果修正过哦 ）

luohust

    我就是苦于没有办法得到准确的散热面总体换热系数    各位有什么经验吗 请多多指教  谢谢

hustdlut

版主用e文系统？做amd  cpu吗？

sweetboy9063

This is a good discussion topic。I have got a lot from above discussion。Thank u ！