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FloTHERM 基础入门与应用实例(第二版)

中国水利水电出版社
    【作 者】李波 编著 【I S B N 】978-7-5170-4495-6 【责任编辑】张玉玲 【适用读者群】本专通用 【出版时间】2016-08-12 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第2第1次印刷 【页 数】544 【千字数】842 【印 张】34 【定 价】85 【丛 书】万水CAE技术丛书 【备注信息】
图书详情

    本书分为软件基础入门与应用实例两大部分,共17章:第1~11章为软件基础入门,内容以热仿真工作流程:建立模型、网格划分、求解计算、结果处理、优化设计和仿真模型校核为主;第12~17章为软件应用实例部分,内容主要由BGA封装芯片、户外通信机柜、数据中心、智能手机、服务器和机房气流组织优化6个应用实例组成。

    本书内容丰富、讲解详尽,在介绍FloTHERM软件的同时也注重相关背景原理和软件实际应用注意事项的阐述。其中软件基础内容多来自作者多年的积累和整理,仿真模型的校核作为热仿真分析的重中之重本书中进行了细致阐述;应用实例内容涵盖软件不同的应用领域,对软件使用者有很强的实际指导意义。

    本书可作为电子设备热仿真工作者、热设计工程师和FloTHERM软件使用者的自学参考书,也可作为高等院校学生学习电子设备热设计等课程的教材。

    本书提供部分仿真模型和仿真材料,读者可从热领(上海)科技有限公司网站下载,网址为:http://www. thermanager.com。

    内容全面:涵盖封装、PCB 板、系统和数据中心

    注重实用:详细介绍如何进行工程实际案例分析

    超值附赠:通过网站链接下载全书六大仿真实例

    第二版前言

    十月中旬的上海天气格外舒爽,中午我在公司园区内享受着这份惬意。010-8256XXXX手机屏幕上显现出这一电话号码。首都来电,片刻的犹豫之后按下了通话键。“李波,你好,我是中国水利水电出版社的杨老师,之前4000册的FloTHERM书籍已经剩下不足1000册,有没有可能进行一个书籍的再版……”

    每一本书都是作者的凝心聚力之作,书籍的再版无疑是广大读者对此的肯定和褒奖。FloTHERM书既然要再版发行,更为全面的软件操作讲解和实际应用案例则是写作的主线。FloTHERM 11版新推出的焦耳热分析、仿真模型校核功能和新增加的FloMCAD接口功能为再版提供了足够的写作素材。时下智能手机与我们的生活息息相关,其散热特点和挑战具有很强的特殊性,所以书籍再版的应用实例算它一个。高热流密度的服务器一直以来都是强迫对流冷却的经典案例,如何在狭小的空间内进行散热的闪转腾挪充分体现了设计工程师的智慧和经验。因此,再版书籍中也会涉及服务器仿真的相关实例。近年来,随着数据中心机房能耗的急剧增加和电价的逐渐上涨,通过优化数据中心机房的气流组织进行节能减排成为研究热点。再版书籍中增添了FloTHERM和移动测量平台联合应用优化数据中心机房气流组织的案例。

    与FloTHERM书籍的初版相类似,再版的写作有幸得到行业内多位资深专家的帮助。热领(上海)科技有限公司高级技术咨询顾问陈文鑫审阅了再版书籍的所有内容;展讯通信(上海)有限公司的王虎对第15章的撰写提供了诸多有益的帮助和建议;英业达科技有限公司的赖灵俊负责撰写第16章的主要内容,在此对他们的辛勤付出深表感谢。

    最后,作者想感谢FloTHERM初版的所有读者,正是你们的支持和肯定才使再版成为可能。由于再版的写作时间较为紧促,书中疏漏甚至错误之处在所难免,希望读者批评指正,一同“赏奇析疑”。

    李波

    2016年5月

    第二版前言
    第一版前言

    第1章 FloTHERM概述 1
    1.1 FloTHERM软件介绍 1
    1.2 FloTHERM软件背景原理 1
    1.3 FloTHERM功能特点 2
    1.4 FloTHERM工程应用背景 3
    1.5 FloTHERM软件模块 4
    1.6 FloTHERM软件安装 7
    1.6.1 FloTHERM软件Windows版本安装 7
    1.6.2 许可证安装 11
    1.6.3 浮动版软件客户端许可证设置 14
    1.7 FloTHERM软件主界面 15
    1.8 FloTHERM简单实例分析 16
    第2章 FloTHERM中传热学与流体力学基础 22
    2.1 热传导 22
    2.1.1 热传导微分方程式 22
    2.1.2 傅里叶定律 22
    2.1.3 热导率 23
    2.1.4 热阻 25
    2.1.5 二维矩形区域稳态热传导问题
    数值求解 26
    2.1.6 小结 28
    2.2 对流换热 28
    2.2.1 对流换热的起因与状态 28
    2.2.2 牛顿冷却定律 29
    2.2.3 对流换热无量纲准则数 29
    2.2.4 外掠平板强迫对流换热实例 30
    2.2.5 小结 32
    2.3 热辐射 32
    2.3.1 热辐射的相关概念 32
    2.3.2 热辐射基本定律 33
    2.3.3 红外辐射换热计算 35
    2.3.4 太阳辐射 36
    2.3.5 FloTHERM中的红外辐射计算 37
    2.3.6 FloTHERM中的太阳辐射计算 41
    2.3.7 红外辐射计算实例 43
    2.3.8 太阳辐射计算实例 44
    2.3.9 小结 46
    2.4 流体流态 47
    2.4.1 湍流问题数值模拟求解 47
    2.4.2 FloTHERM中的层流流动 48
    2.4.3 FloTHERM中的湍流模型 49
    2.4.4 小结 51
    2.5 瞬态分析 51
    2.5.1 背景 51
    2.5.2 FloTHERM瞬态仿真分析介绍 53
    2.5.3 FloTHERM瞬态仿真分析实例 56
    2.5.4 小结 68
    2.6 重力 68
    2.6.1 FloTHERM中的重力加速度设置 68
    2.6.2 FloTHERM中的浮升力计算 69
    2.6.3 小结 70
    2.7 流体 70
    2.7.1 空气的物性参数 70
    2.7.2 水的物性参数 71
    2.7.3 FloTHERM中的流体特性 72
    2.7.4 Fluid特性应用 72
    2.7.5 小结 73
    2.8 边界条件 73
    2.8.1 温度对电子设备散热的影响 73
    2.8.2 压力 74
    2.8.3 Boundaries Face 75
    2.8.4 System的Ambient特性 76
    2.8.5 Model Setup中的Pressure和
    Temperature 77
    2.8.6 Ambient Temperature和Default
    Ambient Temperature设置 78
    2.8.7 小结 79
    2.9 求解域 80
    2.9.1 环境对系统设备的影响 80
    2.9.2 系统外部物体的影响 81
    2.9.3 系统外无重要影响因素 82
    2.9.4 Cutout 83
    2.9.5 小结 83
    2.10 焦耳热 83
    2.10.1 背景 83
    2.10.2 FloTHERM焦耳热分析介绍 84
    2.10.3 FloTHERM焦耳热分析实例 85
    2.10.4 小结 88
    第3章 软件常用命令 89
    3.1 Project菜单 89
    3.2 Edit菜单 92
    3.3 View菜单 96
    3.4 Geometry菜单 96
    3.5 Model Setup菜单 101
    3.6 Grid菜单 101
    3.7 Solve菜单 101
    3.8 Window菜单 102
    3.9 Viewer菜单 103
    3.10 Help菜单 104
    第4章 智能元件 106
    4.1 封装元件 106
    4.1.1 背景 106
    4.1.2 封装元件在FloTHERM中的建模 106
    4.1.3 封装元件建模实例 110
    4.1.4 小结 112
    4.2 PCB 112
    4.2.1 背景 112
    4.2.2 PCB智能元件 112
    4.2.3 过孔简化 115
    4.2.4 PCB在FloEDA中的处理 115
    4.2.5 PCB通过FloEDA模块建模应用
    实例 118
    4.2.6 小结 121
    4.3 散热器 122
    4.3.1 背景 122
    4.3.2 散热器智能元件 125
    4.3.3 散热器智能元件应用实例 132
    4.3.4 小结 133
    4.4 导热界面材料 133
    4.4.1 背景 133
    4.4.2 导热界面材料在FloTHERM中的
    建模方法 136
    4.4.3 导热界面材料应用实例 137
    4.4.4 小结 139
    4.5 热电制冷器 140
    4.5.1 背景 140
    4.5.2 FloTHERM中的热电制冷器建模 142
    4.5.3 热电制冷器的特性参数 145
    4.5.4 FloTHERM中热电制冷器应用实例 145
    4.5.5 小结 148
    4.6 热管 148
    4.6.1 背景 148
    4.6.2 热管智能元件 150
    4.6.3 热管智能元件应用实例 150
    4.6.4 小结 151
    4.7 风扇 151
    4.7.1 背景 151
    4.7.2 轴流风扇智能元件 154
    4.7.3 前向叶片离心风扇模型 159
    4.7.4 后向叶片离心风扇模型 161
    4.7.5 轴流风扇建模实例 162
    4.7.6 前向叶片离心风扇建模实例 163
    4.7.7 后向叶片离心风扇建模实例 164
    4.7.8 其他 166
    4.7.9 小结 167
    4.8 流动阻尼元件 168
    4.8.1 背景 168
    4.8.2 流动阻尼智能元件 169
    4.8.3 流动阻尼在FloTHERM中的应用
    实例 172
    4.8.4 小结 180
    4.9 电子设备外壳 180
    4.9.1 背景 180
    4.9.2 外壳智能元件 180
    4.9.3 外壳智能元件应用实例 182
    4.9.4 小结 185
    4.10 热交换器 185
    4.10.1 背景 185
    4.10.2 热交换器智能元件 186
    4.10.3 热交换器应用实例 188
    4.10.4 小结 191
    4.11 机柜 191
    4.11.1 背景 191
    4.11.2 机柜智能元件 192
    4.11.3 机柜应用实例 193
    4.11.4 小结 194
    4.12 机房空调 194
    4.12.1 背景 194
    4.12.2 空调智能元件 194
    4.12.3 机房空调应用实例 196
    4.12.4 小结 197
    4.13 Region 197
    4.13.1 背景 197
    4.13.2 Volume Region 198
    4.13.3 Collapsed Volume Region 200
    4.13.4 Collapsed Volume Region
    仿真数据获取实例 200
    4.13.5 小结 201
    第5章 特性 202
    5.1 Ambient特性 202
    5.2 Fluid特性 203
    5.3 Grid Constraint特性 204
    5.4 Material特性 205
    5.5 Radiation特性 207
    5.6 Resistance特性 207
    5.7 Source特性 208
    5.8 Surface特性 210
    5.9 Surface Exchange特性 211
    5.10 Thermal特性 213
    5.11 Transient特性 213
    第6章 网格划分 216
    6.1 网格划分步骤 216
    6.2 几何模型处理 216
    6.3 系统网格设置 217
    6.4 网格约束与局域化 219
    6.5 重要区域网格划分经验 221
    6.5.1 轴流风扇 221
    6.5.2 散热器 222
    6.5.3 PCB 223
    6.6 网格质量调整 223
    6.7 网格独立性 225
    6.8 网格划分实例 225
    6.9 小结 229
    第7章 求解计算 230
    7.1 Profiles窗口介绍 230
    7.1.1 Profiles窗口作用 230
    7.1.2 Profiles窗口界面 230
    7.2 求解收敛判断标准 231
    7.3 求解计算参数残差值 232
    7.4 参数终止计算残差值 233
    7.4.1 压力终止计算残差值 233
    7.4.2 速度终止计算残差值 234
    7.4.3 温度终止计算残差值 234
    7.5 参数残差曲线的形式 234
    7.5.1 参数残差曲线稳定 234
    7.5.2 参数残差曲线震荡 234
    7.5.3 参数残差曲线发散 235
    7.6 出现收敛问题的原因 235
    7.6.1 与参数终止计算残差值相关 235
    7.6.2 仿真模型创建错误 236
    7.6.3 网格质量和数量 237
    7.7 求解选项设置 238
    7.8 参数残差曲线收敛改善方法 239
    7.8.1 仿真模型检查 239
    7.8.2 确定引起收敛问题的原因 240
    7.8.3 求解选项调整 240
    7.8.4 采用Monitor Point Convergence For Temperature功能 240
    7.8.5 残差曲线收敛改善实例 240
    7.9 小结 243
    第8章 Visual Editor后处理模块 244
    8.1 Visual Editor介绍 244
    8.1.1 Visual Editor作用 244
    8.1.2 Visual Editor界面 244
    8.2 Visual Editor图形后处理 245
    8.2.1 基本操作 245
    8.2.2 全局设置 247
    8.2.3 Viewer设置 248
    8.2.4 Geometry设置 249
    8.2.5 结果设置 250
    8.2.6 标注 255
    8.2.7 动画 256
    8.2.8 结果输出 256
    8.3 Visual Editor表格后处理 256
    8.3.1 结果数据类型 256
    8.3.2 数据结果输出 261
    8.3.3 自动创建结果报告 261
    8.4 小结 262
    第9章 Command Center优化模块 263
    9.1 Command Center优化模块介绍 263
    9.1.1 Command Center作用 263
    9.1.2 Command Center界面 263
    9.1.3 Command Center使用流程 263
    9.2 输入变量 264
    9.2.1 数据输入形式 265
    9.2.2 图形输入形式 266
    9.3 输出变量 266
    9.4 创建方案 266
    9.4.1 默认创建方案 266
    9.4.2 Multiply Input Variables创建方案 267
    9.4.3 实验设计创建方案 268
    9.4.4 方案列表 270
    9.5 方案求解监控 271
    9.6 方案优化设计 272
    9.6.1 顺序优化 273
    9.6.2 响应面优化 273
    9.7 优化方案结果处理 274
    9.8 Command Center优化实例 275
    9.9 小结 280
    第10章 FloMCAD接口模块 281
    10.1 FloMCAD接口模块介绍 281
    10.1.1 FloMCAD接口模块作用 281
    10.1.2 FloMCAD接口模块界面介绍 281
    10.1.3 FloMCAD接口模块使用流程 281
    10.2 FloMCAD接口模块主要功能命令 282
    10.2.1 Local Simplify命令 282
    10.2.2 Global Simplify命令 284
    10.2.3 Dissect Body命令 286
    10.2.4 Voxelize命令 288
    10.2.5 Decompose命令 288
    10.2.6 Single Object命令 290
    10.2.7 Split Body命令 292
    10.3 FloMCAD模块应用实例 294
    10.4 小结 303
    第11章 FloTHERM仿真模型校核 304
    11.1 FloTHERM仿真模型校核背景 304
    11.2 FloTHERM仿真模型校核 306
    11.3 FloTHERM仿真模型校核实例 307
    第12章 BGA封装芯片热仿真实例 313
    12.1 BGA封装芯片背景 313
    12.2 BGA封装芯片热设计目标 313
    12.3 BGA封装芯片散热原理 313
    12.4 BGA封装芯片热仿真概述 314
    12.4.1 热仿真目标 314
    12.4.2 热仿真流程 314
    12.4.3 热仿真所需信息 315
    12.5 BGA封装芯片热仿真 317
    12.5.1 BGA封装芯片建模 317
    12.5.2 BGA封装芯片RJA热阻热仿真 329
    12.5.3 BGA封装芯片RJB热阻热仿真 335
    12.6 小结 341
    第13章 户外通信机柜热仿真实例 342
    13.1 户外通信机柜热设计背景 342
    13.2 户外通信机柜冷却架构 342
    13.3 户外通信机柜热设计方法 343
    13.4 户外通信机柜热仿真概述 343
    13.4.1 热仿真目标 343
    13.4.2 热仿真流程 343
    13.4.3 热仿真所需信息 344
    13.5 户外通信机柜热仿真 344
    13.5.1 Shelf模块简化 344
    13.5.2 户外通信机柜稳态热仿真分析 364
    13.6 小结 383
    第14章 数据中心热仿真实例 384
    14.1 数据中心热设计背景 384
    14.2 数据中心热设计挑战 384
    14.3 数据中心热设计目标 385
    14.4 数据中心冷却架构 385
    14.5 数据中心热仿真概述 387
    14.5.1 数据中心介绍 387
    14.5.2 热仿真目标 387
    14.5.3 热仿真流程 388
    14.5.4 热仿真所需信息 388
    14.6 数据中心热仿真 388
    14.6.1 建立仿真模型 389
    14.6.2 网格划分 417
    14.6.3 求解计算 420
    14.6.4 结果分析 422
    14.7 小结 423
    第15章 智能手机热仿真实例 424
    15.1 智能手机热设计背景 424
    15.2 智能手机热设计目标 424
    15.3 智能手机冷却架构 425
    15.4 智能手机热仿真概述 426
    15.4.1 热仿真目标 426
    15.4.2 热仿真流程 426
    15.4.3 热仿真所需信息 427
    15.5 智能手机热仿真 427
    15.5.1 建立仿真模型 427
    15.5.2 网格划分 454
    15.5.3 求解计算 455
    15.5.4 结果分析 456
    15.6 小结 458
    第16章 服务器热仿真实例 459
    16.1 服务器热设计背景 459
    16.2 服务器热设计挑战 460
    16.3 服务器热设计目标 460
    16.4 服务器冷却架构 461
    16.5 服务器热仿真概述 461
    16.5.1 热仿真背景 461
    16.5.2 热仿真目标 461
    16.5.3 热仿真流程 461
    16.5.4 热仿真所需信息 462
    16.6 服务器热仿真 462
    16.6.1 建立仿真模型 462
    16.6.2 网格划分 497
    16.6.3 求解计算 497
    16.6.4 结果分析 499
    16.7 小结 501
    第17章 机房气流组织优化实例 502
    17.1 机房背景 502
    17.2 机房热环境测试 502
    17.2.1 移动测量平台介绍 502
    17.2.2 机房热环境测试结果分析 503
    17.3 机房热仿真模型校核 506
    17.3.1 建立仿真模型 506
    17.3.2 网格划分 525
    17.3.3 求解计算 526
    17.3.4 仿真模型校核 528
    17.4 机房气流组织优化 529
    17.4.1 冷热通道封闭(优化方案一) 529
    17.4.2 送风地板调整(优化方案二) 529
    17.5 小结 530
    参考文献 531
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