Cradle CFD—專業(yè)熱流場分析工具

Cradle CFD 是MSC Software公司開發(fā)的一系列CFD 仿真和可視化軟件集合。憑借較高效的處理速度、工程實用性和用戶高滿意度，Cradle已被廣泛地應(yīng)用于汽車、電子等領(lǐng)域，以解決熱流耦合問題。依托聯(lián)合仿真功能，不僅可實現(xiàn)與三維多物理場耦合（結(jié)構(gòu)、聲學(xué)、電磁、機(jī)械），還能夠與一維系統(tǒng)級仿真工具和多學(xué)科優(yōu)化平臺耦合，實現(xiàn)多物理場協(xié)同仿真，例如Adams、Romax、FFT、Abaqus、GT、KULI等工具。

產(chǎn)品介紹

????產(chǎn)品組成

Cradle共包含5個軟件包和1個通用的后處理模塊：

• scSTREAM和HeatDesigner是基于笛卡爾網(wǎng)格（像素網(wǎng)格）的CFD軟件，前者是通用的熱流體分析系統(tǒng)，求解模型更豐富，包括多相流、燃燒、非牛頓流體等，后者主要應(yīng)用在電力電子行業(yè)，擁有大量電子元件模型可供使用，兩者均可用于大規(guī)模復(fù)雜模型的分析
• SC/Tetra和scFLOW是基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的CFD軟件，前者主要通過劃分四面體、五面體和六面體網(wǎng)格進(jìn)行離散求解，后者通過劃分多面體網(wǎng)格來進(jìn)行離散求解，主要應(yīng)用在汽車領(lǐng)域及其他通用設(shè)備領(lǐng)域，兩者均支持高精度模型的求解分析
• PICLS可進(jìn)行PCB板級熱流分析，實現(xiàn)PCB級熱設(shè)計，具備實時仿真能力
• 通用的后處理模塊scPOST，支持上述軟件的仿真結(jié)果直接導(dǎo)入，能夠根據(jù)客戶需要快速地進(jìn)行結(jié)果可視化，包括部件溫度云圖顯示、截面熱流數(shù)據(jù)顯示、流跡線顯示以及部件熱路徑考察，快速定位熱阻分布，實現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計

????典型應(yīng)用

• 電池包冷卻系統(tǒng)分析

導(dǎo)入帶有水冷板以及通風(fēng)道等回路的電池包數(shù)模，進(jìn)行冷卻系統(tǒng)內(nèi)的熱流求解，計算出系統(tǒng)內(nèi)溫度和壓力的分布，指導(dǎo)流量分布和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等工作，同時可與一維仿真工具進(jìn)行耦合分析，通過系統(tǒng)仿真獲取三維熱流分析所需要的邊界輸入，例如進(jìn)口流量、出口壓力等，較精確地對電池包冷卻性能進(jìn)行分析。同時還可與控制模型進(jìn)行耦合，多工況地分析冷卻系統(tǒng)的響應(yīng)和效率。

• 電機(jī)散熱分析

電機(jī)行業(yè)迎來了一次高速發(fā)展時期，電機(jī)本身朝著體積小、功率密度高、效率高、噪聲低、成本低、可靠性高等高性能方向發(fā)展。為滿足上述要求并保持電機(jī)處于適宜工作溫度，溫升設(shè)計已成為四大電機(jī)設(shè)計指標(biāo)之一。通過Cradle進(jìn)行轉(zhuǎn)子與定子間小間隙內(nèi)冷卻效率的氣流分析，并配合Romax輸入的熱損耗分析數(shù)據(jù)，模擬電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的流動熱阻，改善電機(jī)冷卻水套的冷卻性能。

• 凝露分析

為避免凝露腐蝕設(shè)備帶來的安全隱患，可利用濕蒸汽狀態(tài)和凝露公式來預(yù)測和防治凝露現(xiàn)象的發(fā)生，以此來優(yōu)化設(shè)計方案。應(yīng)用場景包括：車燈凝露分析、HVAC除霜除濕性能分析、家電產(chǎn)品箱體凝露腐蝕問題、電子產(chǎn)品艙室結(jié)露危害分析等。

• PCB熱優(yōu)化設(shè)計

PICLS的熱仿真分析幾乎可以在運(yùn)行的同時顯示結(jié)果，大大提高了效率?？煞治霾季€方案、熱通道布局、散熱器、PCB層數(shù)、銅箔厚度等參數(shù)對PCB板散熱性能的影響，滿足不同客戶根據(jù)自身工藝、成本和資源進(jìn)行選擇性優(yōu)化的需求。還可與scSTREAM進(jìn)行熱流場耦合分析，考慮對流換熱以及輻射的影響，提高仿真精度。

• 電子產(chǎn)品熱分析

scSTREAM/HeatDesigner內(nèi)置的電子元件庫，可分析電子元器件受環(huán)境和周圍其他設(shè)備的熱影響。批量刪除細(xì)小零部件以及多層級網(wǎng)格功能，幫助用戶快速簡化電子模型，節(jié)省計算資源。

主要特點(diǎn)

???? 出色的網(wǎng)格劃分能力

scFLOW支持Voxel fitting的網(wǎng)格技術(shù)，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)直接生成網(wǎng)格。無需花費(fèi)大量的時間進(jìn)行CAD清理，提高前處理效率。

????多物理場耦合分析

與MSC Software和第三方軟件進(jìn)行耦合，完成多物理場多系統(tǒng)分析，并實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計。結(jié)構(gòu)方面，可與Abaqus、Marc等非線性分析軟件耦合進(jìn)行“熱-流-固”耦合分析；電磁方面，可與Romax、EMsolution配合進(jìn)行“機(jī)-熱-磁”分析。與Actran耦合進(jìn)行聲學(xué)分析；一維系統(tǒng)分析方面，具備與GT-SUITE、KULI進(jìn)行多系統(tǒng)耦合分析的能力，例如通過系統(tǒng)建模與三維仿真耦合來分析空調(diào)制冷回路對電池包水冷系統(tǒng)的散熱效果等。還可通過集成優(yōu)化平臺Optimus、Isight等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

????多相流求解功能

Cradle采用MARS方法解決自由表面流問題、模擬滲透和毛細(xì)作用，用VOF方法和重疊網(wǎng)格法模擬自由物體的移動過程，例如可用于水上自由移動物體的路徑分析，氣升泵的工況分析等。常見的場景還包括模擬油液在油箱中的晃動和回流焊中焊料融化的過程等。

依據(jù)粒子追蹤法，可模擬分離器內(nèi)水和沙的分離過程、分析蒸發(fā)和揮發(fā)過程、噴霧燃燒、顆粒液化（液體噴膜應(yīng)用）等問題。針對車燈、玻璃、家電等還可進(jìn)行凝露、結(jié)冰和蒸發(fā)等分析。

???? 電子系統(tǒng)求解功能

支持Gerber數(shù)據(jù)利用，且具有封裝件制作工具（可根據(jù)不同的芯片封裝形式生成對應(yīng)的模型），支持分析運(yùn)動物體造成的熱流傳遞現(xiàn)象（scStream內(nèi)置的直交網(wǎng)格可直接實現(xiàn)線性和圓周軌跡的運(yùn)動），無厚度板換熱處理，焦耳熱模型等。

???? 較高效的計算能力

在靈活的概念設(shè)計初期，Cradle可以提供快速可靠的熱流暢分析，支持導(dǎo)入部件繁多的復(fù)雜CAD模型，通過批量處理零部件、曲面捕捉、模型修復(fù)和體素網(wǎng)格技術(shù)等，快速自動地按需進(jìn)行網(wǎng)格生成。另外測試顯示高核數(shù)并行計算效率高，可節(jié)省大量內(nèi)存。用戶可在資源充足的情況下，支持采用上萬個內(nèi)核和近20億的網(wǎng)格進(jìn)行高精度求解。

???? 逼真的可視化處理

在后處理中，通過scPOST可視化在求解器中計算的仿真結(jié)果，例如在實際產(chǎn)品中無法測量和觀察到的溫度分布以及流場分布，這有利于產(chǎn)品設(shè)計的審查和優(yōu)化方案的制定。在Cradle的后處理模塊中，不僅可以輸出靜止圖像，還可以輸出動畫和CradleViewer 的輸出文件。
照明和反射的增強(qiáng)顯示使scPOST能夠創(chuàng)建逼真的渲染效果。另外，通過為 CFD 分析中的常見對象設(shè)置一組豐富的預(yù)定顯示標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)的分析中只需導(dǎo)入對應(yīng)的后處理文件即可創(chuàng)建滿意的圖像和動畫。

應(yīng)用&案例