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