案例分享 | 为复杂的航空电子设备提供高级热仿真

MSC Cradle CFD

2023年3月25日 19:51

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图 1: 搜救雷达系统

从第1天起，scSTREAM就达到并超出了预期目标

网格划分策略通常是影响软件决策的关键部分。至少TEN TECH就是这种情况，他们正在寻找笛卡尔网格的CFD /热仿真软件。当然，在他的脑海中还有更多的标准：好的几何处理器；几何简化功能；快速、准确和完善的求解器和后处理；有竞争力的价格。

“从第1天起，scSTREAM就达到并超出了期望目标。它易于使用，同时非常快速和准确。”在进行CFD分析时，模型处理的时间是一个难题，但是前处理器的仿真建模和scSTREAM求解器的速度使他感到惊讶。”

“我们能够在破纪录的时间内创建复杂系统的精确热模型。我们已经使用并评估了几种竞争产品，其中之一是事实上的标准，FloTHERM®。scSTREAM不仅更易于使用，具有友好的GUI（用户界面）和更好的性能，而且性价比高，以至于我们很轻易就下了决定使用它：在过去5年中，scSTREAM一直是我们在电子冷却应用方面主要使用的CFD/热学工具，并且我们并不后悔选择了它。”

电子应用的正确工具

Mr. Villers进一步讨论了他的公司在过去五年中使用scSTREAM取得的成功。“ scSTREAM在我们所有的电子冷却应用中都表现出色：创建模型容易且快速，求解器快速且准确，结果和文档的简便性和质量也十分出色。” 他指出结果的可视化是scSTREAM的优势之一：HeatPathView是一个很好的例子。Mr.Villers继续说道：“我们将一些热仿真模型与真实的测试数据进行了比较，结果发现我们的分析预测与温度和空气流量的测试数据误差在5％之内。我们对使用scSTREAM做出的热仿真结果的预测充满信心。” 他很高兴分享公司已完成的两个成功项目。

HeatPathView提供的详细热路径信息

TEN TECH的一位客户从热管理的角度咨询了搜救雷达系统的性能评估。最初的分析是由客户使用FloTHERM®进行的，但是客户的模型无法直接使用，需要在FloTHERM®软件重新建模。而scSTREAM可以直接读入客户的三维模型，直接分析。Mr.Villers回忆说：“在很短的时间内，我们能够从3D装配中创建准确的热仿真模型，复制FloTHERM®模型，并向其中添加更多设计参数，来进一步推进设计研究。我们能够用FloTHERM®所需的一半的时间，创建一个更准确的模型。

此外，借助HeatPathView等先进工具，我们可以更好地了解系统的热性能，并更有效地改善散热路径。” 集成在scSTREAM中的HeatPathView是一个补充工具，帮助用户检查分析零部件之间的热传递、热交换的方向性、热传递的形式以及每个零件的详细热仿真信息。

图1显示了带有热仿真信息表和HeatPathView提供的图形的搜救雷达系统模型。

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图 2: 详细的热模型（左）和加固型数据记录器系统模型（右）

在恶劣环境下准备预测设备性能

TEN TECH推出的另一项激动人心的工作是军事数据记录和存储单元的整个散热设计。“该系统使用COTS（商用现货）组件，因此我们必须创建非常详细的模型来预测消费级的电子产品在恶劣的军事环境中的运行方式”Mr.Villers先生说。“借助scSTREAM高性能和高效的分布式并行计算功能，我们能够快速创建超过2000万个网格单元的非常详细的模型，并且每天能够进行许多设计验证和优化迭代，包括流路优化、风扇尺寸确定、散热器优化和放置。” 结果如图2所示：加固型数据处理系统的模型（右）显示了与温度分布图和流线。记录器单元（左）中安装的IntelXeon®处理器的详细热模型显示了一半的原始模型和一半的合成网格温度。由于他们在scSTREAM中获得的分析结果良好，且分析精度极高，该装置轻松通过了认证测试，现在可以在美国海军E-2D上使用。

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图 3: 使用scSTREAM FLDUTIL进行数据映射

CFD分析在电子行业中的作用

Mr.Villers表示，CFD分析在他所从事的行业中扮演着至关重要的角色，从可行性测试、概念设计到最终验证过程。他解释说：“在测试设备中复制某些我们必须应对的恶劣环境是不切实际的，而且成本很高。”另一方面，他还谈到了在通常情况下进行CFD分析的困难。Mr.Villers解释了scSTREAM如何减轻大多数行业内问题的顾虑（最常见问题，包括性价比、使用的复杂性以及结果查询和文档的质量）。“ scSTREAM很好地解决了价格和性能方面的问题，并通过拥有友好的GUI不断地改善用户体验。”他说，GUI（图形用户界面）对于“休闲”用户非常重要。scSTREAM以清晰、“漂亮”的方式查看模型和可视化结果的能力也与市场上最好的 CFD软件实力相当。

scSTREAM的未来用途

Mr.Villers当前的工作领域涉及从组件到系统级的热分析。使用CFD进行分析，可以极大地帮助国防电子系统进行热管理、设计和鉴定。由于scSTREAM的多功能性，TEN TECH看到了更多的CFD应用机会。 “ scSTREAM未来的用途将包括建筑空气动力学和空调应用，以及流体结构相互耦合分析和CFD-FEA（计算流体动力学-有限元分析）耦合，和/或与DassaultSystèmes的Abaqus协同仿真。” FLDUTIL是scSTREAM的补充工具，可将CFD结果（例如，压力信息）映射到结构分析工具（如Abaqus）中。图3描述了scSTREAM的后处理文件（FLD文件）和结构分析系统之间的连接。scSTREAM将继续充当TEN TECH LLC的快速、简单和可靠的分析工具。

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TEN TECH LIC

https://www.tentechllc.com

成立: 2011

业务: 机械工程咨询

董事长: Connie Yokogawa

地址: Los Angeles, CA (USA)

规模: 10 - 50 个员工

TEN TECH LLC是一家经过ITAR（国际武器贸易条例）注册的机械工程咨询公司，总部位于加利福尼亚州洛杉矶，在马萨诸塞州比勒里卡提供机械设计、分析和测试服务，重点是航空航天和国防、科技电子和可再生能源的应用。

TEN TECH的机械设计部门专门从事消费级和加固型机电包装、电磁干扰硬化和塑料零件设计。其机械分析部门在结构动力学、CFD（计算流体动力学）、热分析、振动声学和气动弹性方面提供专业知识，而物理测试部门则提供冲击和振动、热、声学、盐/雾、湿度和气流测试服务。自2011年以来，TEN TECH一直是Software Cradle的高级用户之一。

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William Villers

Mr.William Villers是航空航天和国防工业届有着25年经验的资深人士，拥有法国马赛地中海技术学院机械工程学博士学位（博士学位）。他的专长是航空电子系统和底盘方面的结构动力学、冲击、振动、流体动力学和机械系统的热分析。Mr.Villers在欧洲和美国的主要工作的公司，包括Eurocopter，Aerospatiale和EDS，在工程和工程管理领域拥有不断发展和成功的职业生涯。在职业生涯中，他一直参与并指导一些著名的航空航天和国防计划的工程项目，其中包括NH90，Ariane 5，JPL MER＆MSL和JSF等。作为TEN TECH LLC的执行合伙人，经常需要他的工程知识和专业经验，来担任课题专家的代表。

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