Flotherm一个Cuboid打天下：机箱、散热器、水冷板、PCB、VC全能搭

热仿真关心的从来不是几何精度，是热属性。搞懂这一点，建模速度能翻几倍。

刚学 Flotherm 的人总在翻菜单：「有没有现成的散热器元件？机箱元件？水冷板元件？」——有，但你未必需要。

这篇整理自 Flotherm 热仿真零基础到就业课程第十讲《智能元件 · Cuboid 块体》。它讲的是那个最基础、也最重要的智能元件：怎么创建、坐标系怎么算、怎么坍缩成面省网格、怎么开孔、属性里三个开关有什么区别，以及用它一个元件搭出机箱、散热器、水冷板、PCB 和 VC 均温板。

一、Cuboid 是所有建模的地基

智能元件（SmartPart）是 Flotherm 所有建模的基础，它的作用是把实际物体简化成 Flotherm 能够识别的语言。而 Cuboid（块体）是其中最基础、也是最重要的一个。

Cuboid 是 Flotherm 中最基础的几何体，几乎所有的实体模型都可以用它来搭建。

图1　Cuboid：Flotherm 里最基础的智能元件

二、两种创建方式，各有各的坑

方式 A｜项目管理器里创建（精确派）

看那个箭头的方向：箭头在左边，就说明项目管理器是激活的。单击 Cuboid 图标即自动创建，此时它会自动落到坐标系原点，并且默认三个方向的尺寸 = 系统坐标系的 1/10。

优点：精确控制、精确定位。之后可以拉伸到需要的位置和尺寸（比如拉成和计算域一样大）。

项目管理面板下智能元件种类很多。

方式 B｜绘图板里创建（直观派）

切到绘图板模式、点到根目录，图标上会多一个加号。左键点击不松开、拖拽就能画出一个块体。

优点：直观，适合快速搭概念模型。

坑：块体的放置位置取决于当前视图平面，画完往往还要再调整。

绘图板（灰度条件）下智能元件会少很多，同时多一些压缩类元件——两个面板的清单是不一样的。

建议：初学者两种都试一遍，理解各自特点，实际建模时灵活混用——快速搭概念用绘图板，要精确定位用项目管理器。

图2　项目管理器创建：自动落在原点，默认尺寸为系统坐标系的 1/10

三、坐标系规则：最容易搞混的一条

默认情况下，物体的坐标系与系统坐标系一致，Assembly（组件）也一样。但一旦你动了组件，规则就变了：

规则 1：把 Assembly 折叠起来（折叠后只能看到外面、看不到里面），然后顺时针旋转 90°——组件内物体的坐标轴也会跟着旋转 90°。

再展开就能看到：组件的坐标系已经改变了（比如 Z 朝左、X 朝下），而里面的 Cuboid 坐标轴与组件保持一致。也就是说，在局部坐标系里它没变，但相比系统坐标系，整个组件和里面的东西都变了。

规则 2 ★ 新建子对象时

坐标原点　跟父组件

坐标轴 跟系统

在已有组件里新建对象，它的原点与父组件一致，但坐标轴与系统坐标轴保持一致——两者不是一回事，搞混了位置就会偏。

图3　Assembly 折叠后旋转 90°，内部 Cuboid 的坐标轴同步改变

四、坍缩 Collapse：薄板建模的杀手锏

Cuboid 属性里有一个「坍缩（Collapse）」选项，不坍缩时它就是一个 3D 实体，坍缩之后变成一个 2D 平面。可选的值是：

X lowX middleX high

Y lowY middleY high

Z lowZ middleZ high

注意：这些方向是相对 Cuboid 自身的局部坐标，不是系统坐标。X low 指的是它自身 X 轴低的那个面。比如系统坐标显示的方向是 Z，而块体自己显示的方向是 X，那 X low 就是 X 的低面。

记不住也没关系。课程里说得很实在：随便选一个，发现不对再改个方向就行，无非多操作几步，不是什么问题。

图4　坍缩选项：X/Y/Z 各有 low、middle、high，方向相对 Cuboid 自身坐标

★ 坍缩真正的价值：省网格，还不掉精度

应用场景是薄板类物体。比如机箱壁面，一般只有 1~2 mm，相比整个机箱的长宽高是非常薄的一层。这种薄面对散热其实没有太大影响，就可以把它坍缩成一个 2D 面。

坍缩之后：

· 仍然保留原本的热性质——比如导热系数设成铝，还是 200 W/(m·K) 左右

· 但它没有网格了（因为被压成了厚度为 0 的面）

→ 结果是大幅减少网格数量、提高计算速度，同时保持计算精度。这是 Flotherm 建模提速最直接的一招。

图5　薄板类物体（如机箱壁 1~2mm）坍缩成面，保留热性质但没有网格

带孔 Cuboid 的坍缩不一样：这时只有 low / middle / high 三种（没有 X/Y/Z 前缀），而且方向与开孔方向一致——开孔沿 X，那 low face 就是 X low。

五、开孔：通风孔、流道孔、液冷水道

实际产品里很多结构都要开孔：通风孔、流道孔，以及液冷里的水冷流道。Flotherm 允许直接在 Cuboid 上开孔。

操作：添加孔 → 点击孔使其激活 → 按键盘 X 把它拉到目标面 → 移动位置、改变大小，也可以旋转孔。

对齐与测量：用 align 命令可以把孔放到中间（先点 Cuboid、再点孔）；也可以直接测孔到边的距离。用熟了就知道哪些命令是通用的。

★ 孔的方向沿「厚的方向」。点击 Cuboid 能看到它的厚度方向（比如沿 Z 轴），开孔就沿 Z 方向。

如果你把方向改成沿 X 轴，那么孔本身的尺寸就变成 Y 和 Z 这两个方向——这一点很容易搞错。

图6　开孔方向沿 Cuboid 的「厚的方向」，改方向后孔尺寸轴也跟着变

孔的三种性质

性质　→　含义与用途

Open（默认）　新建孔什么都不设时就是 Open 状态，孔内充满空气或流体——通风孔、风道就是这个

替换成材料　比如认为孔里是铜，直接换成铜材质

替换成阻抗（Resistance）　用于多孔板：在 library 里找到对应阻抗，比如开孔率 60%，添加进来即可

图7　多孔板做法：把孔替换成阻抗，从 library 里选开孔率（如 60%）

还有一个 Model level 设置：默认是 Block set，即孔的深度与实体高度一致；也可以指定一个厚度（比如原本 389 改成 100），这样就相当于建出了一个 U 型体；还可以显示成无厚度（只落在一个面上），这个面可以选中间面或上面。

六、属性面板：三个开关必须分清

Cuboid 属性里可以改名字（比如改成「电阻」这种有意义的名字）、绝对位置、尺寸（可直接填数值也可拖动），还有坍缩和网格设置。真正容易出事的是下面三个：

开关　→　行为

Local grid（局域化网格）　把网格只局限在这个 Cuboid 范围之内，用于局部加密

Deactivate（非激活）　打上一个叉，完全不参与计算

Hide（隐藏）仍然参与计算，只是在模型树/视图里不显示

Deactivate 和 Hide 的区别极其重要：想临时看清楚内部结构用 Hide（结果不变）；想让某个零件彻底不参与计算才用 Deactivate（结果会变）。用错了，你会得到一份完全错误却看不出问题的结果。

图8　Local grid 局域网格与 Deactivate（打叉＝不参与计算）

Transparency（透明度）—— 建模阶段的救命功能

拉到最大就是 wire frame 线框形式。

它最重要的作用：建模过程中模型往往很大，某些物体会挡住你真正要关注的东西。这时你既想看到它原本的位置、又不想把它隐藏掉——把它调成透明就行。透明之后仍然能透过它看到后面的实体，判断不同物体之间的相对位置会方便、直观得多。

图9　透明度：不隐藏也能看穿遮挡物，方便判断相对位置

七、材料与表面：两个高频错误

错误 1｜直接用库里的「抛光铜」

把材料改成铜之后，库里的默认铜是抛光铜，发射率非常低，这对自然散热是不利的。

实际使用中，铜一般都会做表面处理来提高发射率。而库里的抛光铜表面系数依然很低，实际会远大于这个值，所以只能自己建一个材料——做过表面处理之后，发射率可以达到 0.8 ~ 0.9。

顺带：阳极氧化铝的发射率是 0.8，经过表面处理的都比抛光的高很多，所以机箱常选它。另外瞬态仿真还需要密度和比热。颜色也可以改（铜一般用黄色）。

图10　材料库里的抛光铜发射率极低，做自然散热必须自己改

错误 2｜不管计算域大小都设表面换热系数

表面换热（对流换热系数）主要用于机箱建模：机箱一般做成和计算域一样的尺寸，但它与外界仍然有自然散热交换，这时候需要设置表面换热系数（可以整体指定，也可以放开让每个面分别指定）。

但是——当计算域比计算物体大时，计算本身就会天然把表面与计算域之间的对流换热、辐射换热都包含进去，这时候没有必要再设置表面换热。重复设置等于把换热算了两遍。

图11　表面换热系数：只在计算域与物体同尺寸时才需要设

★ 辐射设置：一个阈值决定你算多久

做自然散热计算时，辐射占比会比较重。要做两件事：

① 先在总开关处把辐射打开（默认是关闭的）

② 再新建辐射表面设置

那个面积阈值的含义是：只要面积大于这个值的面，都会参与辐射计算。

取值取决于你的系统模型——如果系统里有非常多的小面，全都参与计算，计算量会非常大。

→ 设一个合理的数值，把这些非常小的面剔除掉，既能保证精度，又能保证计算速度。

图12　辐射设置：先开总开关，再用面积阈值剔除大量小面

八、6 个应用场景：一个 Cuboid 全搞定

① 平板 / 铜块

最直接的用法，建一个 Cuboid 就代表一块平板或一个铜块。

② 机箱

材料选阳极氧化铝（发射率 0.8），壁厚按 1~2 mm 给。下表面建好后，用阵列（Pattern）沿 Y 正方向阵列 45 mm 做出上表面；再复制、旋转，把四周封堵起来。想看内部就把上表面调成透明、换个颜色。

（机箱也有专门的智能元件 Chassis，后面课程会讲）

③ 散热器（base + fin）

先建一个 base，再建 fin（厚度比如 3 mm，高度可拉）。分别改名 fin / base / heat sink 方便辨认。然后沿正 X 方向阵列——数量不确定时先阵列一批，不够就继续加（10 个、30 个、40 个），多了直接选中 delete 删掉。

之后想改 fin 厚度，选中后改沿 X 方向的尺寸（比如 17）；想改高度就改 40——整个阵列会联动。

（同样也有专门的散热器智能元件）

图13　散热器：base + fin 阵列，改一个尺寸整体联动

④ 水冷板

建上下两块板（改薄到 3 mm）→ 对齐 → 先把四周围边 → 按 F12 隐藏上盖看清内部 → 建内部通道（可以用 fin 微通道，也可以用较大的通道）→ 水从进口进去、绕行、再从出口出来。

课程里强调这只是示意，实际还有很多种建模方式。

图14　水冷板：上下板 3mm，围边后建内部流道

⑤ PCB 板 ★★★ 最容易算错的一个

厚度方向给 5 mm（沿 Y），其他方向按需拉伸，材质选 FR4。

关键在于：PCB 是各向异性的。FR4 的各向同性导热系数非常低，只有 0.3 W/(m·K)——直接拿这个值算，板内的横向导热会被严重低估。

改成各向异性，分方向给导热系数：

法向（厚度方向 Y）＝ 0.3　·　轴向（板面方向，含铜量大）＝ 30

图15　PCB 必须改各向异性：法向 0.3、板面方向 30

⑥ VC 均温板 / 热管

VC 本质上就是一个高导热的东西。所以直接建一个 Cuboid，材料命名为 VC，把导热系数设高一点，比如 6000 W/(m·K)，它就变成了一块 VC 均温板。热管同理，给它一个等效的高导热系数即可。

图16　VC 均温板 / 热管：用等效高导热系数（如 6000 W/(m·K)）建模

这一讲的核心结论

几乎所有的物体，都可以通过 Cuboid

修改外形 + 修改热属性来近似替代

只要设置合理的材料和热属性，Cuboid 所模拟的物体就会接近实际物体，

你也就能得到可靠的仿真结果。

✅ Cuboid 速查清单

1. 创建：项目管理器（原点 + 系统 1/10 尺寸，精确）｜绘图板（拖拽直观，但位置取决于当前视图平面）

2. 坐标系：组件折叠后旋转，内部坐标轴同步旋转；新建子对象＝原点跟父组件、坐标轴跟系统

3. 坍缩：X/Y/Z × low/middle/high，相对自身局部坐标；薄板坍缩成面 → 保留热性质、没有网格、大幅提速不掉精度

4. 带孔坍缩：只有 low/middle/high，方向与开孔方向一致

5. 开孔：沿「厚的方向」；改方向后孔尺寸轴跟着变；align 可居中

6. 孔性质：Open（充满流体）／材料／阻抗（多孔板，按开孔率选）；Model level 可设厚度做 U 型体

7. 三开关：Local grid 局域网格｜Deactivate 不参与计算｜Hide 仍参与计算只是不显示

8. Transparency：建模时看穿遮挡物，判断相对位置

9. 材料：抛光铜发射率太低，表面处理后 0.8~0.9，需自建材料；阳极氧化铝 0.8；瞬态还要密度和比热

10. 表面换热：机箱与计算域同尺寸才需要设；计算域更大时天然包含，别重复设

11. 辐射：自然散热占比大，先开总开关；用面积阈值剔除小面，兼顾精度与速度

12. PCB：FR4 各向同性 0.3 是错的 → 改各向异性，法向 0.3 / 面内 30

13. VC / 热管：等效导热系数给到 6000 W/(m·K) 量级

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