热分析

什么是热分析

热分析是对物质或其产物的物理状态变化进行评估，以温度与时间（在某些情况下）的函数来表示。物理变化的类型决定了应该选择哪种分析技术，而计算流体力学 (CFD) 热分析是其中的一项技术。CFD 热分析将传热（即传导、对流和辐射）效应与流体物理相结合，提供切实可行的解决方案。

热分析可以是稳态的，也可以是瞬态的。稳态热分析的分析结果通常作为瞬态分析的前导，例如前者的分析结果作为后者的初始条件。稳态热分析用来确定温度、热通量和热流率，而瞬态热分析用于确定与时间相关的热量。

热分析为什么很重要？

热在电子器件、空气动力学部件和冷却系统等工程系统的设计中扮演者重要角色。CFD 热分析仿真提取信息，以便准确预测温度分布、传热速率、热点、气流场和模式以及热通量率。之后，设计人员可以利用这些数据设计出更好的热管理解决方案，确保他们的设计可以安全运行。在空气动力学应用中，考虑到空气动力学加热和压力条件，热分析必不可少，尤其是在高速情况下。

热分析的工作原理是什么？

CFD 热分析创建待评估系统的模型，让设计人员可以审视设计在各种条件下面临的热挑战。此外，CFD 热分析结果更接近实地结果。热分析模型通常会考量材料的温度相关性、流体（空气、水或任何其他冷却剂）的性质、接触条件以及其他非线性结构和环境。

利用 CFD 热分析，可以将热和流动属性直接赋予设计几何元素以实现优化。这使设计人员能够轻松尝试不同的材料、能源和湍流模型，在开发之前敲定能够提供最佳散热性能的组合。热故障或基于原型热测试的设计返工可能会带来高昂的代价，所以最好在早期设计阶段进行全面的 CFD 热分析。

利用 Cadence 产品进行热分析

Cadence 的系统分析工具包括 Fidelity CFD Software 和 Celsius Thermal Solver，用户可以在本地或通过 Cadence OnCloud 平台为应用进行热分析仿真。

Fidelity CFD Software 是面向所有 CFD 相关应用的端到端解决方案。Fidelity CFD 环境中的专有工具可以快速、高效地完成任何热分析仿真的每个步骤。Fidelity CFD 可以对共轭传热 (CHT) 耦合流、流体-结构相互作用 (FSI) 以及流体-化学和燃烧等多相相互作用进行多学科建模、分析和优化。此外，Fidelity CFD 拥有 Python API 和优化模块，具有应用驱动的直观界面。

Celsius Thermal Solver 将有限元分析和计算流体力学相结合，助力实现系统级分析。借助 Celsius Thermal Solver，工程团队可以设计出能够感知环境条件的芯片。此外，该工具基于先进 3D 结构中电力的实际流动，执行静态（稳态）和动态（瞬态）电热协同仿真，让设计师可以了解真实的系统行为。