Flotherm软件求解收敛常见问题及处理方法.docVIP

收敛 收敛 发散 低位震荡 低位稳定 高位震荡 高位稳定 10 图一：残差曲线 对于大多数残差曲线收敛且监控点温度稳定的情况下，我们可以认为得到了稳定正确的数值 解，当然有时也会由于温度梯度较大的位置网格数量缺乏或者两种不同的物体划分到同一网格得到具有较大误差的结果。 这里以仿真中遇到的某元件为例进行说明。元件是尺寸为5x4x1mm的QFN芯片，仿真采用的是component简化模型。在单板中共有3个该元件，其中，A-1和A-3功耗为0.32W，A -2的功耗为0.22W。首先在不加网格约束时，由于该元件较小，软件默认只在X方向划分了一个网格，在Y方向也只有3个网格，如图二a〕所示；后面对该元件施加了至少划分5个网格的约束，并在其膨胀尺寸为10%的范围内施加最少2个网格的约束，划出的网格如图二b〕所示。图二中红色线框位置表示的A元件所在的位置。 图二 a〕：不加网格约束时A元件的网格 b〕施加网格约束时A元件的网格 两种不同的网格划分计算得到的结果如表一所示，其中A-1和A-3两元件温度分别相差8.86度和8.06度；A-2元件的温度那么相差6.24度。由此可见元件网格划分缺乏时，计算所得到的结果会远大于实际元件的温度。而功耗越大时，这种温度差就会越大。由此可以得出结论，仿真过程中对于尺寸较小而有功耗的元件，应关注元件上的网格划分，一般情况下应在各个方向保持5个以上的网格，必要时需对元件添加局部网格约束。元件的。 表一：不同网格划分下单板上3个A元件的温度比照 元件 A-1 A-2 A-3 未加网格约束 88.447 81.5798 91.6441 施加网格约束后 79.5841 75.3412 83.58 图三：未加网格约束时元件的温度图 图四：添加网格约束后元件的温度图 另外，在进行网格划分时，如果将两种不同的物体划分到同一网格内，比方将空气和芯片的一局部划分到同一网格内，得到的结果就可能与实际结果有一定的差异。在对散热片建模时，同样需要关注网格，为了更好的描述散热片的流体边界层、热边界层的变化，一般在散热片两齿之间至少应保持3个以上的网格。 对于上下位稳定、震荡的问题，可以通过调整虚拟时间步长〔False time step〕，False time step在Solve—Variable Control中进行设置，如下列图所示。残差曲线处于10到50之间高位震荡时，需要减小False time Step即增加阻尼，减少每两步迭代的差值；当残差曲线处于10到50之间高位稳定时，应当适当增加False time Step即减小阻尼，增大每两步之间迭代的差值。 需要指出的是：调整虚拟时间步长是处理高位稳定和高位震荡问题的一个手段，但并不是所有的高位稳定和高位震荡问题都可以通过调整虚拟时间步长解决的。 对于发散问题，首先检查在建造模型过程中是否产生了错误，比方或进入系统的热无法向外传递；然后查看网格设置，查看是否是由于网格缺乏无法捕获详细信息。对于发散问题的重新求解，一定要重新初始化。 对于低位稳定与低位震荡问题，残差曲线在10以下，而监控点温度已经稳定，这时可以认为求解收敛，也可以使用自动收敛设置 [Solve/Overall Control]。在自动收敛设置中，如下列图所示软件默认设置的是温度收敛曲线降到10以下，温度监控点在连续30步迭代中保持在0.5度范围内波动时，软件默认求解收敛并停止求解。 但是在设置自动收敛设置时，需要关注所有监测点的温度曲线是否趋于平稳，为了有效的使用此选项，必须确保需要监测温度收敛的位置都放置了监测点。可以通过调整精度和迭代步长，调整判定监测点收敛的位置。 如果温度是趋于收敛的，如下列图所示的求解结果沿着某一中心值上下震荡并最终趋于收敛的情况，下列图中给出了软件接受收敛的位置。此时软件接受收敛位置的温度与计算真实值之间的误差小于Required Accuracy中设置的温度值。 但如果迭代的温度值是以如下列图所示的恒定值在变化时，那么设置这种自动收敛设置时，可能会导致得到的计算结果与实际结果有一定的差异。遇到这种情况时，需要将自动收敛设置设置的尽量严格些。 下面是在计算某单板的仿真时遇到残差曲线。我们可以看到该残差曲线中很多温度监控点的温度都是逐渐上升的，而且上升的幅度很小。根据对最终计算结果的粗略统计，如果采用软件默认的自动收敛设置，那么软件会在655步停止计算，计算结果和目前得到的结果相比最大会相差3.5度。遇到这种情况时，假设设置自动收敛设置时那么需设置的更严格些。 问题残差曲线 1〕残差曲线发散 如下列图所示，残差曲线在开始求解之后迅速发散，而温度监控点的曲线也出现了异常。通常来讲，有三种原因可能会导致残差曲线发散，求解不收敛。 最常见的原因是由于系统的模