史上最极端的CFD模型--详解篇

日期:2010-06-25

对我来说,FloTHERM最大的优势是能在一个单独的模型里处理好各种不同尺寸量级的几何物体。FloTHERM无须为了简化采用某种假设来忽略掉微小部分或截去巨大物体的几何部分和特征,这能够更好地保证仿真精度。前一篇博客谈到 “城市中的晶片”模型中,最大物体与最小物体的大小比达到了1,000,000,000:1(10亿:1)。不否认这不是一个常见的模型,可是它的确证明了FloTHERM的强大功能。然而FloTHERM是如何做到这些的呢。。。?三维仿真模型里的几何定义很简单。整个建模过程也不过是给定物体合适的尺寸、位置,赋予物体材质、表面处理等物理属性。


大楼是一个40m*40m*150m大小的方块,PLCC封装芯片则是一些方块的组合,其中代表引线的方块具有最小的尺寸,约30微米。问题只是填入正确的数字。

当进行CFD模拟时(事实上,所有采用欧拉方程的三维仿真都如此),需要将三维空间细分成一系列棋盘格状有限体积单元(单元格)。程序求解问题时,每个单元内的温度、压力、速度等值都会被计算。你肯定希望在速度、温度等变量变化不剧烈的区域如空气中,划分大的网格单元,而将极小的网格划分在这些变量变化很快的区域,如IC封装内部。总之,大的网格单元处理大物体,小的单元格则处理更小物体,同时也要需要确保所有的网格单元细分。

FloTHERM采用了我们创建的“局部化网格”方法。它可以被看做重叠嵌套网格的一种,只不过,我们花了好几年时间去改进和完善,进行许多调整和精细化。这种网格允许两个相邻空间单元之间的界面非结构化,界面两侧细分网格与初始网格的比为N:1。这使得界面处网格尺寸减小的同时仍能保证网格的细分。下面这个例子中,以一个二维传热模型仿真单方向的热传递(热流从顶部流向底部),顶层网格中嵌套了两层局部化网格:

在“城市中的晶片”模型中,定义了六层嵌套网格,不断细化从城市所有大楼→晶片所在大楼→晶片所在楼层→房间→调制解调器单元→PLCC+散热器的各层网格(为便于清晰辨认,大楼顶端部分和散热器以线框图表示)

当其他的CFD程序(使用他们声称的更高级的网格技术)对这样一个例子一筹莫展的时候,FloTHERM处理起来不过是小菜一碟。

2010年1月12日, 作者:Robin Bornoff

英文原稿:http://blogs.mentor.com/robinbornoff/blog/2010/01/12/the-most-extreme-cfd-model-ever-ever-explained/
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