伏图-电子散热模块介绍和路由器自然散热仿真应用

一、背景介绍

随着电子行业的迅猛发展，电子设备的功能日趋复杂且集成度显著提升，散热问题作为制约设备性能、可靠性及使用寿命的关键因素日益凸显。为此，业界对更精确、高效的散热分析工具的需求愈发迫切，以期满足不断升级的电子设计挑战。

计算能力的飞跃、数值算法的持续优化以及多物理场耦合技术的突破性进展，共同为新一代电子散热软件的开发铺设了坚实的技术基石。这些技术支持使得软件能够深入模拟并准确预测复杂的电子散热场景，为电子产品的优化设计提供了强有力的保障。

二、伏图-电子散热模块介绍

伏图-电子散热模块（Simdroid-EC）是基于伏图平台开发的针对电子器件、设备等散热的专用热仿真模块。它内置电子产品专用零部件模型库，支持用户通过“搭积木”的方式快速建立电子产品的热分析模型，并利用成熟稳定的算法计算流动与传热问题，实现对电子产品的热可靠性分析，可广泛应用于通信设备、电子产品、半导体产品与设备、汽车、航空航天、数据中心等工业领域。伏图-电子散热模块试用链接：伏图®电子散热 – Simapps Store – 工业仿真APP商店

三、功能特点与案例介绍

伏图-电子散热模块具备快速建模、快捷网格剖分、精确求解以及提供丰富的后处理结果等功能特点。本文以某路由器为例，介绍路由器散热在伏图-电子散热模块中的实现方法，验证路由器设计方案。

1. 快速建模

伏图-电子散热模块提供大量电子设备专用零部件的参数化建模宏，可快速准确地完成各种冷却场景的建模，包括基础几何形体（如立方体、平面、圆柱等）、常见电子器件（如机箱、多孔板、电路板等）的参数化模型，常见的制冷元件（如散热器、风扇、半导体制冷器等），还支持用户直接在几何模型上添加物理属性，包括流动边界和热边界等。同时，伏图-电子散热模块具备丰富数据接口，可导入主流CAD软件生成的复杂几何模型，以及ECAD软件生成的相关文件等。

图1 软件界面

首先，对路由器模型进行必要的几何简化和清理，将stp几何模型导入到软件中，模型放置在桌面上，模型和剖面结构如下图所示：

图2 外部机壳

图3 内部布局

1. 快捷网格剖分

伏图-电子散热模块具备跨尺度的正交六面体网格剖分能力，能对数万量级个数的自建模型和导入模型进行快速稳定的网格剖分，支持数亿量级网格单元数量的剖分与显示，并且支持八叉树网格，对导入体等不规则元件可方便快捷的划分网格。同时，它还支持局部加密网格和设置边界层网格，自动处理模型之间的覆盖重叠并识别流动传热边界，还可查看网格质量信息以及进行平面网格投影。

图4 整体网格剖分

图5 八叉树网格设置

图6 内部网格设置细节

图7 检查网格

1. 求解计算

伏图-电子散热模块采用有限体积法求解器，支持流热耦合计算，提供高精度的离散计算方法以及高保真的仿真模拟。它具备层流与湍流求解功能，可进行稳态与瞬态流动传热分析，支持多种散热场景的分析，如固体导热、自然对流、辐射、强制风冷、液冷等，并支持百核以上的高效并行计算。经过算法重构和云计算技术加持，其仿真偏差可控制在±2℃以内。

图8 求解类型和求解能力

图9 残差曲线

图10 监控点曲线

1. 丰富的后处理结果

针对电子散热设备特点，伏图-电子散热模块提供符合用户需求的结果统计分析功能，帮助用户对结果做出快速判断。不仅支持云图、矢量图、流线图、动画等多种可视化功能，自动统计各个元件的平均温度、传热量、流量等数据，还可对比显示不同设计方案的差异。

图11 云图及设置

图12 内部元件云图

图13 流线与设置

四、关于伏图

伏图（Simdroid）具备固体力学、流体力学、电动力学、热力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。

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