Volupe logo

Blog berichten Volupe

Wizards en add-ons in Simcenter Star-CCM+ deel 2, E-cool

De blogpost van Volupe van deze week is een vervolg op een eerdere week waarin wizards en add-ons in Simcenter Star-CCM+ werden geïntroduceerd (https://volupe.se/wizards-and-add-ons-in-simcenter-star-ccm-part-1/). Terwijl de vorige keer de wizards centraal stonden, waar je in principe hulp krijgt bij een specifiek probleem, gaan we deze week kijken naar de Electronics Cooling Toolset add-on. In deze tool wordt u de mogelijkheid geboden om IDF te importeren (wat terug te voeren is op de vorige week beschreven IDF Import wizard) maar ook ODB++ (open database). De toolkit biedt een vereenvoudigde aanpak met Simcenter STAR-CCM+ om simulations van thermisch beheer voor elektronische apparaten uit te voeren.

Gereedschapskist voor elektronische koeling

De Electronic Cooling Toolkit (E-cool) is een tool in Simcenter waarvoor geen extra licentie nodig is. De toolkit wordt geactiveerd door te klikken op WindowàToolbarsàElectronics cooling of door het symbool voor elektronische koeling uit de customize optie te slepen.

 

 

 

 

 

 

 

 

Zodra het symbool in de toolbar staat kunt u er op klikken om de specifieke GUI opties te activeren. In het extra venster dat opent heeft u een aangepaste boomstructuur met enkele toevoegingen die specifiek zijn voor de elektronische koeling toolkit.

 

 

 

 

 

 

 

De belangrijkste kenmerken van de Electronics Cooling Toolset zijn:

Meetkunde

  • Geometriegeneratie die gebaseerd is op eenvoudige vormsjablonen
  • Importeren van IDF- (Intermediate Data Format) en ODB++ (Open Database) bestanden
  • Importeren van CAD modellen uit andere CAD pakketten
  • Overdracht van CAD-gegevens van het Simcenter STAR-CCM+ CAD modelleerder

Natuurkunde

  • Tijd: Steady-state berekeningen
  • Oplossingsdomeinen: multi-domein (fluid en vast)
  • Wijzen van warmteoverdracht: geleiding, convectie (geforceerd en door opwaartse druk), en straling (golflengte-onafhankelijke radiatieve warmteoverdracht van oppervlakte naar oppervlakte (S2S))
  • Stromingsregime: laminaire of turbulente stroming (realiseerbare K-Epsilon Tweelagige Alle Y+)
  • Toestandsvergelijking: constante dichtheid of ideaal gas

Voorwaarden

  • Milieu: omgevingsrandvoorwaarden
  • Thermische specificatie: specificatie van materiaal of specificatie van lagen (PCB)
  • Compacte thermische modellen: weerstandsnetwerken voor chips
  • Warmteafvoer: volumetrische warmtebronnen

Mesh

  • Volume Mesh: Trimmed cell mesher genereert overwegend hexahedrale cellen
  • Prismalagen: prismatische cellen op wanden voor nauwkeurigheid van de grensstroming
  • Celgrootte: automatische berekening van doel- en minimumcelgrootte op basis van de totale modelgrootte
  • Mesh-verfijning: geïntegreerde functies voor mesh-verfijning om complexe geometrieën te detecteren en vast te leggen
  • Lokale netcontrole: celgrootte aanpassen op oppervlakken en binnen volumetrische zones

Los op

  • Gesegregeerde solver voor stroming en energie
  • Onder-relaxatie van de oplosser
  • Live monitoring van oplossingsgegevens

Resultaten

  • Visualisatie van geometrie, scalaire en vector hoeveelheden
  • Toegang tot oplossingsgegevens via stroomlijnen, iso-oppervlakken en vlakke doorsneden
  • Residuen en XY plots
  • Samenvattende rapporten

 

Chip modellering

De Electronic Cooling Toolkit biedt een vereenvoudiging voor de simulatie van chips. Het mogelijke detailniveau voor een chip is immens en kan het best worden gesimuleerd met behulp van een soort aannames.

 

 

 

 

 

 

 

De eerste benadering is de chip te simuleren als een massief model, dan heb je een massief onderdeel, gemaakt van een gespecificeerd materiaal. De overmaat aan warmte wordt gesimuleerd met behulp van een totale warmtebron van het onderdeel. De andere optie is het gebruik van een Compact thermisch model (CTM). Dat model stelt de kritische warmtestroom binnen het pakket voor met behulp van een thermisch weerstandsnetwerk. Elk knooppunt in het netwerk komt overeen met een oppervlak van de verpakking of een regio binnen de verpakking en wordt geassocieerd met één enkele temperatuur. De CTM-methode is nauwkeuriger dan een massief model. Er is geen volumetrisch netwerk in het pakket voor nodig, waardoor het ook rekenkundig minder duur is. Zij vereist toegang tot de details betreffende de warmtestroom binnen het pakket. De volgende typen weerstandsnetwerken zijn beschikbaar in Simcenter STAR-CCM+:

PCB modellering

Een PCB (Printed Circuit Board) is gewoonlijk de printplaat waarop de chips zich bevinden. Hij is vaak opgebouwd uit verschillende lagen met een verschillende fractie koper voor een betere geleiding en warmteoverdracht. Ook hier kunt u kiezen voor een eenvoudiger benadering met een eenvoudige vaste stof, eventueel voorzien van een anisotroop geleidingsvermogen om rekening te houden met het voorkomen van de koper binnen elke laag. De andere optie is een gedetailleerde aanpak en de PCB voorstellen als een composiet van meerdere gelaagde vaste delen.

De modellering van de thermische geleidbaarheid van elke laag kan geschieden door de metaalfractie in elke laag op te geven. De thermische geleidbaarheid is isotroop in de gehele laag en wordt berekend als functie van de metaalfractie en de thermische geleidbaarheid van het metaal en het diëlektrische materiaal. De andere optie is het opgeven van een beeldbestand, het importeren van een bitmapped beeld dat de metaalinhoud van de lagen weergeeft. Vervolgens lokaliseert de toolkit op basis van de grijswaarden van de afbeelding het metaal en maakt een kaart van de thermische geleidbaarheid. Deze kaart wordt dan omgezet in een tabel en in kaart gebracht op het volume netwerk van de betreffende laag.

 

 

 

 

 

 

Merk op dat er een uitgebreide best practice richtlijn is voor elektronicakoeling op het support center, en die kan worden gevonden op de link. En als u dit wilt testen, zijn er tutorials hierover in het tutorialpakket behorende bij Simcenter STAR-CCM+ en een kort overzicht in de videotutorial hieronder.

 

Ik hoop dat dit u een korte inleiding heeft gegeven in de mogelijkheden van het simuleren van elektronica binnen Simcenter Star-CCM+. Meer informatie kunt u vinden in de documentatie. En zoals gewoonlijk, als u vragen heeft, aarzel dan niet om contact op te nemen met support@volupe.com.

Lees ook:
De wizard instellen in Simcenter FloEFD
Simcenter Flotherm™
Producten - Siemens Simcenter Software
Blog berichten Volupe

Meer blogberichten

nl_BEDutch