散熱器是一種通過驅(qū)散熱量來對裝置進(jìn)行冷卻的部件。它既可用于被動散熱，也可用在主動冷卻系統(tǒng)（例如與風(fēng)扇結(jié)合）中。當(dāng)您在對散熱器的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時，可以求助于仿真。假如可以通過將模型嵌入 App 來簡化設(shè)計(jì)流程，您會這么做嗎？答案是肯定的——我們將利用“翅片式散熱器”演示 App 來向您介紹如何開始著手設(shè)計(jì)您自己的仿真 App。

設(shè)計(jì)方案

設(shè)想您供職于一家散熱器制造企業(yè)。通過使用基于幾何結(jié)構(gòu)與流動性的著名相關(guān)性，您可以快速評估散熱器的冷卻性能。然而，這些相關(guān)性只適用于平整表面、圓柱及球體等簡單的幾何構(gòu)型。您通?？梢允褂眠@種相關(guān)性來獲取真實(shí)幾何結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)特性，但結(jié)果往往并不精確。如果您想獲取更為精確的結(jié)果，仿真能幫您實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

作為仿真專業(yè)人員，您的工作一定包括對不同的散熱器設(shè)計(jì)進(jìn)行測試。設(shè)計(jì)的每一次修改，都意味著您需要運(yùn)行新的仿真才能對比結(jié)果，這有可能會耽誤制造進(jìn)度。“App 開發(fā)器”正是您最需要的，它開創(chuàng)性地將模型轉(zhuǎn)化為了 App，讓其他用戶可以自由地重復(fù)運(yùn)行仿真，以對簡單的參數(shù)調(diào)整進(jìn)行測試。

通過開發(fā) App，您便能構(gòu)建一個科學(xué)精準(zhǔn)的仿真環(huán)境，讓不具備仿真知識背景的同事也能輕松上手，自行測試不同的設(shè)計(jì)迭代。同時您還能完全決定用戶可輸入的參數(shù)，以及可獲取的結(jié)果。我們即將展示的演示 App 具有一項(xiàng)實(shí)用的功能，那就是一旦結(jié)果計(jì)算完畢，仿真報告便會以電子郵件的形式發(fā)送給 App 用戶。

借助仿真 App 改進(jìn)散熱器的設(shè)計(jì)流程

對散熱器的設(shè)計(jì)而言，最重要的考慮因素就是散熱器在給定配置下的散熱性能，其中包括流動屬性和幾何布局等。散熱性能的一個基準(zhǔn)測試是將散熱器置于裝有保溫墻的矩形通道內(nèi)，然后測量通道入口與出口處的溫度與壓力，同時還要對散熱基板維持某一特定溫度所需的功率值進(jìn)行測量。最后，基準(zhǔn)測試結(jié)果會顯示散熱器耗散的熱量值以及通道的壓力損耗。

散熱器演示 App 使用了分析基準(zhǔn)試驗(yàn)的仿真模型，其用戶界面（UI）的操作方式比傳統(tǒng)的仿真環(huán)境更簡單。通過簡化的用戶界面，App 用戶可以觀察到設(shè)計(jì)元素是如何影響散熱器功能的。舉例來說，當(dāng)在設(shè)計(jì)中加入更多翅片時，他們將看到耗散熱隨之增加；但如果加入的翅片過多，反而會阻礙通道內(nèi)的流動，不僅沒有顯著改善冷卻能力，還會造成較大的壓力損失——換句話說，這個散熱器的設(shè)計(jì)不合格。App 用戶可以通過微小的參數(shù)改變來獲取信息，進(jìn)而找出滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的最佳翅片數(shù)量。

關(guān)于底層模型

您可能在其他教程中也見過此演示 App 中的散熱器模型。它由鋁制成，并在一個兩端分別帶有進(jìn)氣口和排氣口的空氣通道中進(jìn)行建模。其參數(shù)化幾何如圖所示：

演示 App 中使用的底層散熱器模型的幾何結(jié)構(gòu)。

求解該模型所需的方程和邊界條件將在仿真 App 的后臺中運(yùn)行。App 用戶可以通過更改參數(shù)來更新仿真，而無需考慮底層方程。通過這種方法，那些不具備專業(yè)知識的用戶也可以便捷地設(shè)置和運(yùn)行仿真。

仿真 App 包含了哪些內(nèi)容

將仿真“App 化”時，我們需要盡可能地使其簡單易用，讓那些沒有仿真專業(yè)知識的用戶也可以對適用于不同應(yīng)用場景的設(shè)計(jì)與操作條件進(jìn)行測試。借助“App 開發(fā)器”，您可以完全根據(jù)自己的需求來配置用戶界面。在這篇博客文章的演示 App 中，用戶可以更改以下設(shè)計(jì)參數(shù)：

幾何：

散熱器基板的寬度、深度及厚度

翅片數(shù)量

翅片高度及厚度

操作條件：

進(jìn)氣口速度和溫度

熱源溫度

我們已經(jīng)為演示 App 編寫了程序，使其能夠基于用戶輸入對幾何進(jìn)行更新，從而將顯示的模型更新到最新版本，以反映新設(shè)計(jì)。溫度和速度場繪圖見右側(cè)的圖形窗口，耗散功率和壓力損耗的結(jié)果以數(shù)值形式呈現(xiàn)在 App 左側(cè)的結(jié)果欄中。App 用戶可以將結(jié)果下載為仿真報告，也可以在結(jié)果計(jì)算完畢后讓 App 通過電子郵件自動發(fā)送仿真報告。

屏幕截圖展示了翅片式散熱器演示 App。

只需簡單地更改輸入?yún)?shù)，App 用戶便能直觀地觀察到翅片數(shù)量變化是如何影響耗散功率和壓力損耗的。即使不具備仿真專業(yè)背景，App 用戶同樣可以利用結(jié)果來創(chuàng)建理想的散熱器設(shè)計(jì)。

翅片數(shù)量對耗散功率和壓力損耗的影響。

增加翅片的數(shù)量可提升散熱器的冷卻能力。雖然散熱器具備高效的冷卻性能是設(shè)計(jì)者們喜聞樂見的，然而翅片數(shù)量的增加會造成更多的壓力損耗。為了找到最佳設(shè)計(jì)，用戶可以借助 App 便捷地對多種散熱器配置進(jìn)行測試。

易用性是我們在設(shè)計(jì)所有演示 App 用戶界面時考慮的首要因素。如果您想了解 App 創(chuàng)建背后的流程，建議您打開散熱器 App 文件。