Simcenter Flotherm XT 用于谷歌眼镜热分析
Simcenter Flotherm XT是设计和优化电子设备的一个有效工具
内容提要
本文将展示计算流体力学(CFD)是如何成为设计和优化电子设备的理想方法。在这个案例中,Simcenter™ Flotherm™ XT软件被用来创建一个谷歌眼镜原型。Simcenter Flotherm XT证明了它可以快速处理各种几何图形,同时也允许立即进行修改,以最大限度地提高被分析设备的性能。
图1.谷歌眼镜
图2.谷歌眼镜组件
图 3. 谷歌眼镜组件的CAD图.
Mentor Graphics(现在的Mentor,西门子旗下企业)的一名工程实习生开发了(当时)即将发布的Google Glass智能眼镜的原型。他使用Simcenter Flotherm XT软件创造了这个简洁的科技迷版本。
作为Mentor Graphics公司的实习生。阿德南-恩维拉提被指派用Simcenter Flotherm XT软件创建一个谷歌眼镜的应用实例。由于当时谷歌眼镜还没有正式发布,所以无法获得实物模型。阿德南搜索了包括眼镜内部零件的图片,如:电子板、电池、摄像头和其他各种小零件。
为了获得谷歌眼镜的基本尺寸,如长、宽和高,阿德南采用了他的医用眼镜的尺寸,并在长度上增加了几厘型电子元件。没有必要包括所有的细节,因为那会使求解米,因为谷歌眼镜比普通医用眼镜略长。
在完成测量并得到项目经理的批准后,阿德南开始在SolidWorks上创建谷歌眼镜的零件。首先,他创建了框架,并继续直到完成电路板上的小时间更长。小的电子元件,如电阻和电容,没有被建模,因为从整体设计的角度来看,它们在热方面是不相关的。此外,为了更好地表现谷歌眼镜,他寻找了一个人类头部的计算机辅助设计(CAD)模型。
阿德南找到了一个,但它必须按比例缩小到谷歌眼镜的大小,同时确保它们之间没有干涉(图4)。
图 4. 谷歌眼镜CAD图
在完成所有的CAD模型后,下一步是为各种零件添加边界条件。
不同的材料被赋予各部件。框架被认为是由铝制成的,而红色的外壳则是由一种叫做 “cool polymers(D1202)聚丙烯(PP)”的塑料材料制成。逻辑板被假定为四层印刷电路板(PCB),而电子元件是典型的陶瓷封装。
人类头部的传导性是未知的,必须进行研究。因此,必须为头部创建一种新的材料,因为它的导热性与软件材料库中的其他材料不同。
下一步是向电子元件添加热耗,并向头部添加37摄氏度的固定温度(人体的温度)。由于电池周围有一层绝缘材料,所以热耗没有被附加到电池上,因此不会产生任何明显的温度上升。整体求解域被调整为适合头部,环境温度被设定为20℃(室温)。
该项目经过一晚计算。第二天早上,创建了一个温度表面图以可视化结果。图5显示了求解完成后得到的结果。在眼镜接触头部的地方(就在耳朵上方),温度明显较高。此外,与头部产生的热量相比,附着在电子元件上的电源并没有产生明显的温度上升。电子元件和电池的温度相似。
从使用Simcenter Flotherm XT创建的谷歌眼镜可以看出,CFD可以成为设计和优化电子设备的一个有用工具。它还可以立即处理各种几何形状,并允许快速改变,以最大限度地提高被分析设备的性能。
图5. Simcenter Flotherm XT的结果,表面图温度