在環境、電子產品、鑄造與生醫的熱傳領域應用

熱傳模組的應用領域

電子產品的散熱與冷卻
在消費性電子產品中,系統的電路板設計或半導體元件等等,所產生的熱都對系統效能或運作是否正常有非常關鍵的重要影響。對於電腦主機板,維持電路在特定的操作溫度範圍是很重要的,在矽晶圓的製造中,維持均於的表面溫度來達到高品質的產能也是另一個重要的研究課題。此外,電子元件和身體組織的交互作用的熱傳問題也是另一個重要的範疇。

熱處理與鑄造
對於熱傳模組中,一個主要的應用領域是熱處理和製造工業,相變化通常在製造上是很重要的一部份,不管是從銅鑄造和冶金焊接,甚至是食品工業的加熱烹調等等。這些模擬問題中的常見問題是從相變化而發生的材料非線性化現象,這個效應需要特殊的模擬技巧,在熱傳模組中已經實現了這個部分。

醫藥科技和生醫工程
準確的描述身體組織的熱傳現象通常是一件複雜的工作,因為這當中隱含了組織層和血管流道的熱傳輸現象,在醫藥科技和生醫工程領域中,研究人員使用半經驗的等效傳輸係數、熱源和熱沈來簡化了對複雜結構的描述,這些半經驗的模擬不僅是對微波腫瘤療法,也對電子元件與人體組織交互反應的設計提供方便且準確的分析。

熱傳模式包含下列的應用模式群組:
˙廣義熱傳方程式
˙提供薄殼熱傳方程式
˙提供非等溫流方程式
˙熱傳導方程式 (Bioheat)

............

..(左圖)記憶體模組的散熱分析..................................(右圖)使用強製冷卻的電路板散熱分析

熱傳模組的主要特色
˙源自輻射度演算法的表面對表面輻射計算
˙自然對流和熱膨脹的非等溫流
˙提供任意流率函數來描述風扇操作時的流場邊界條件
˙低和高導熱率的薄層和薄殼熱傳計算
˙ 針對人體組織所關連的熱、電磁交互等等的熱傳導方程式 (Bioheat)
˙ 提供為熱傳所量身訂做的後處理模式
˙能耦合處理任何熱傳過程的高度彈性和一般應用模式
˙垂直平面 (out-of-plane) 的熱傳邊界條件
˙異向性導熱率
˙數十個來自電子、熱處理、熱鑄造、生醫技術、生醫工程等等相關領域最先進的
模型範例
˙可以選擇設定時間限制條件,和在端點或邊緣的通量
˙提供從自然環境領域的流場分析、石油工程和自然研究等等數十個範例模型
˙包含FEMLAB基本模組提供的所有功能,包含無限制的多重物理耦合能力、定義
的統馭方程式和自行定義描述式的材料屬性

熱傳模組

廣義熱傳應用模式是熱傳模組中的骨幹,其包含對傳導、對流和輻射的熱傳參數定義,輻射傳播能以表面對環境,或表面對表面輻射的方式來定義,其中表面對表面輻射的處理是使用漫射(diffuse reflection) 和遮蔽 (Shading) 效應的輻射度演算法 (radiosity method)。
薄殼熱傳應用模式是使用薄殼有限元素 (shell element) 來處理三維薄殼結構的熱傳問題,假設溫度隨薄殼厚度的改變是均勻的,這使得可以用最少量的計算資源來模擬複雜的薄殼結構。
非等溫流應用模式模擬密度改變情況下的流場問題,可以輸入各種表示式來描述壓力或溫度與密度的相關性式子,允許模擬自由對流與熱傳的混合問題。對於流場邊界條件,也可以設定任何時間函數的的流率或壓力邊界。
熱傳導應用模式讓使用者能在標準化的生醫熱傳參數中輸入相關屬性,這類型的分析不只對生醫工程中很重要,在任何熱量傳輸到人體組織的其他領域中,也可以耦合這些現象做互動式的模擬。
所有的應用模式在1D、2D、2D軸對稱和3D都可以模擬,除了薄殼傳導應用模式是獨具為了純3D模擬所設計的功能。

...................................
.... . (左圖)
生醫工程上的電探針熱療法 ................(右圖)在銅的鑄造過程中,由液態轉為固態的相變化

FEMLAB模擬特點

FEMLAB專門以有限元素方法求解偏微分方程式,是多重物理耦合 數值模擬分析的先趨和領導廠商, 具備強大的數值功能,下列是此軟體的特色:

1. 無限制方程組數量的多重物理量耦合分析能力(Multiphysics)
2. "Equation Modeling",可使用通用式(General Forms),快速容易建立任意PDE系
統的模型
3. "Physics-to-code",可執行MATLAB程式最佳化及參數分析
4. 提供CAE模擬完整解決方案(由前處理、解題、到後處理一手包辦 ), 並提供
solidworks 的整合介面
5. 提供FEMLAB模型的MATLAB source codes
6. 全自動化可自動適應的網格產生程式,並具備詳盡而互動式的網格尺寸控制功能
7. 延伸模型庫中有近百個以上,收錄有各範例相關原理的文件
8. 互動式的後處理程式,可視覺化變數解的任意函數
9. 與Matlab及其Toolbox或 Simulink完全整合
10. 使用者可自訂任意PDE

...................................

(上圖) 透過FEMLAB的最佳化設計,模擬熱光電壓系統 (TPV) 元件所能匯集熱能來產生的最大電能



 

TOP

  皮托科技股份有限公司 版權所有 © 2004