By Cadence
本文要點
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在穩態熱傳遞中，溫度是不隨時間變化(huà)的(de) |
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在暫態熱傳遞中，溫度是隨時間變化(huà)的(de) |
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透過對電路闆進行穩態熱傳遞分(fēn)析，而獲得(de)的(de)熱通(tōng)量和(hé)溫度場圖像，可(kě)以説明(míng)設計師優化(huà)散熱片的(de)幾何形狀和(hé)位置 |
當把石子投進池塘時，水(shuǐ)面會激起層層漣漪，之後又漸漸恢復平靜。在這個例子中，靜止的(de)水(shuǐ)面代表了(le)池塘的(de)穩定狀態，而漣漪則代表了(le)一種暫態狀態。
所有熱傳遞過程都會先經歷暫態，最終到達穩態；暫態熱傳遞就好比池塘裡的(de)漣漪
任何物(wù)理(lǐ)過程 (例如振盪、振動或熱傳導) 都有穩態和(hé)暫態。所有的(de)過程在經歷了(le)暫態之後，都會達到一個穩定的(de)狀態。在穩態熱傳遞中，溫度自始至終是恒定的(de)；而在暫態熱傳遞中，溫度隨時間而變化(huà)。
穩態與暫態熱傳遞的(de)基本概述
熱傳遞是指，由於溫度差異，熱能從一個區域傳遞到另一個區域。熱量總是從高(gāo)溫區域流向低溫區域。溫度梯度是熱傳的(de)原動力，如果沒有溫度梯度，淨熱傳遞就等於零。熱傳遞有三種傳熱模式：熱傳導、熱對流和(hé)熱輻射。無論哪種傳熱模式，都有穩態和(hé)暫態。
讓我們比較一下(xià)穩態熱傳遞與暫態熱傳遞。
穩態傳熱
如果傳熱具有特定的(de)恒定傳熱速率，那麼便是穩態傳熱。穩態傳熱可(kě)以是熱傳導、熱對流或熱輻射過程。
圖為使用(yòng) Cadence® Celsius™ Thermal Solver 獲得(de)的(de)穩態溫度場圖像，圖像中類比了(le)電子系統周圍對流和(hé)強制對流的(de)影(yǐng)響
無論何種傳遞方式，在穩態傳熱中，其熱流率在任何時間點都保持不變。穩態傳熱可(kě)以用(yòng)溫度作為變數來描述；在穩態傳熱中，在達到熱平衡後，系統的(de)溫度不再隨時間變化(huà)。
暫態傳熱
暫態傳熱也(yě)可(kě)稱為非穩態傳熱。這種類型的(de)傳熱隻在短暫的(de)時間記憶體在。在暫態傳熱中，透過介質傳遞的(de)熱能不是恒定的(de)。熱流率不斷變化(huà)，導緻熱傳遞率變化(huà)的(de)原因可(kě)以是介質上的(de)溫差波動，也(yě)可(kě)以是介質屬性的(de)變化(huà)。
在現實世界中，熱傳遞一開始是暫態的(de)，然後達到穩態，即達到熱平衡。
穩態溫度對零件故障率的(de)影(yǐng)響
在電子電路中，當一個零件的(de)穩態溫度超過其資料手冊中規定的(de)極限時，就會有損零件的(de)壽命。隨著穩態溫度升高(gāo)，零件的(de)故障率呈指數級增長。不過，可(kě)以透過在零件上安裝散熱片來控制溫度。散熱片的(de)幾何形狀、翅片的(de)長寬比、壓力和(hé)空氣動力學屬性都會影(yǐng)響從零件到散熱片，以及從散熱片到環境的(de)熱傳遞。
Celsius Thermal Solver 可(kě)同時提供暫態和(hé)穩態分(fēn)析
穩態傳熱分(fēn)析
透過穩態傳熱分(fēn)析得(de)到電路闆的(de)熱通(tōng)量和(hé)溫度場分(fēn)佈圖，可(kě)以確定是否需要強制對流或散熱風扇，優化(huà)散熱器的(de)幾何形狀和(hé)位置，以及優化(huà)電腦處理(lǐ)器外殼的(de)設計。
暫態傳熱分(fēn)析
如果設計師想確定電子電路闆的(de)溫度曲線與時間的(de)關係，應該進行暫態傳熱分(fēn)析。在器件發熱停止的(de)情況下(xià)，設計師可(kě)以透過暫態傳熱分(fēn)析來確定冷(lěng)卻的(de)速率。當器件重新開始發熱時，就可(kě)以得(de)知重新發熱的(de)速率。
在比較了(le)穩態與暫態傳熱分(fēn)析後，我們可(kě)以看出兩者都有各自的(de)優點，對於提高(gāo)電子電路闆的(de)熱性能而言都是至關重要的(de)。那麼，是否可(kě)以同時進行穩態與暫態傳熱分(fēn)析呢(ne)？
當然可(kě)以！
Celsius Thermal Solver 是 Cadence 推出的(de)業內首款用(yòng)於完整電熱協同模擬系統分(fēn)析的(de)熱求解器，經過生產驗證，其大(dà)規模並行運算(suàn)可(kě)以在不犧牲精度的(de)前提下(xià)提供比現有解決方案加快(kuài) 10 倍的(de)性能，並同時提供：
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暫態分(fēn)析和(hé)穩態分(fēn)析，實現精確的(de)電熱協同模擬 |
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有限元分(fēn)析 (FEA) 與計算(suàn)流體動力學 (CFD)，實現完整系統分(fēn)析 |
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與 Cadence IC、封裝和(hé) PCB 設計實現平臺集成，加速並簡化(huà)設計叠代 |
譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
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