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探索热设计热仿真学科框架,从零开始学散热—实例、方法和思维

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导读:2014~2020年间,我将自己整理的工作笔记汇总成了《从零开始学散热》一书,并将其中的内容录制成了系列视频,置于仿真秀等平台供同行查阅。书籍及视频发布后,收到了许多同行的谬赞,也收到了许多读者关于特定话题的讨论,我个人也受益匪浅。


一、缘由

随着近几年接触的热设计问题的多样化,尤其是通过我参与经营的热管理公司,我有机会接触并参与到各种各样产品的热管理方案设计,并进一步渗透到组建团队进行热管理相关物料的开发、实验,到建设产线量产,我越来越感受到工程问题无穷无尽的复杂性和不确定性,并意识到《从零开始学散热》以及过往录制视频中许多表述的局限性。

当前,产品的每个方面都在追求精益设计,极致挖潜。从热设计的角度,我个人的观点是,我们常用到的散热器优化设计方法、风道设计思路、风扇的选型规则等是相对确定性的、相对已经固化下来的知识,只需经历几年的积累,多数人都能大致掌握(这些知识在我写的《从零开始学散热》一书中有详述,可供参考)。在这之后,产品热设计能不能做得更加优秀,考验的是热设计工程师对电子、材料、结构、电磁、软件在热设计专业视角下的配置和协调能力,更是取决于各个热管理物料本身性能的优化提升(我甚至认为这一点是最难的,比如在不改变空间和成本的前提下,风扇、泵、导热材料、换热器等性能的提升)。

在精益设计的要求下,技术工作同样面临巨大而复杂的不确定性,包括但不限于各种散热器、导热材料、风扇、发热元器件的公差(尺寸、性能、发热量、热阻),甚至产线装配应力、装配顺序、散热物料施加手法的随机浮动等等。这些不确定性是不可能被彻底消除的,但工程师必须在有限的时间内给出解决方案,为了达成这一目的,我们有时甚至主动引入新的不确定性,如热仿真中的网格划分,就是将连续的空间简化为有限个非连续点来代替,形貌复杂的实际对象被简化为几何特征相对规则的模型。我们必须在抓住主要矛盾的同时,意识到并兼顾这些不确定性的存在。

在从事热设计技术服务的过程中,我经常面临的问题有如下几个:

(1)当前这个设计,热方面能否通过?

(2)这个元器件大概是××W的发热功率,要用多大的散热器解决其散热问题?

(3)你看看我这个产品,如何改动能降低成本或提高散热性能?

(4)我这个仿真和实测差挺远,是什么原因? 

(5)热设计工程师工资是多少?

我在很多场合不同程度地回答过这些问题,但限于时间和听众基础,全部都只能片面概述。提问者急于想知道答案,而根据如此模糊的信息,根本不可能给出具体答案。我个人的明显感受是,对于上面的大多数问题,刚入行做热设计时,我反而“敢于”断言一些答复。当然不是彼时水平更高,而是相对无知,根本未曾意识到各种场景下存在的不确定性。从做研发的角度上,我个人目前的感受是,如果你认为一项技术很简单,那很可能是你还没有真正了解这项技术。

二、从零开始学散热——实例、方法和思维

好的设计是让人意识不到做了设计。从热的角度看,这往往意味着对温度影响因素的全面把握,同时理解这些因素对产品其它功能的耦合影响,这样才能将热的考量融合到产品整体设计中。人工智能技术的快速发展,让热设计工作也有了新的思路。AI和人结合,把经验数据转化为设计工具,通过数字孪生体在产品全生命周期内实施更科学高效的热控制,是产品必然演进趋势,笔者也在这条路上不断探索。

零开始学散热——实例、方法和思维》为工程师梳理热设计仿真学科框架,本视频就是探索过程中的一些感受,不仅记录了在技术层面的一些知识见解,还分享了一些关于工作方法、研发体系建设的思路。这其中有大量观点源自我个人工作体会,掺杂了大量原创的概念和方法 论,我没有能力给其下结论说这些概念或表达是正确还是错误的,只能讲这些是我在工程实践中截止目前认为比较合理的、符合我所见到的有限的事实。因此,非常欢迎有不同观点的同行朋友找我讨论,指出我的错误。

本课程力求从工程设计角度探讨电子产品热设计中的问题,并尝试给出具体的设计建议。一些深度理论层面的描述,多数是作者本身也未达究竟,没有能力描述,少部分是限于篇幅和对工程设计的指导意义有限,刻意做了简化的工程化表达。期望能给各位热设计从业者带来帮助。

从零开始学散热——实例、方法和思维,为工程师梳理热设计仿真学科框架


1、用户得到

真诚感谢读者的持续催更和鼓励,本视频才得以完结。期待大家的持续反馈,期待和各位同行一起为社会发展贡献更多热设计智慧。

(1)了解热设计行业现状和技术发展趋势;
(2)学习常见电子产品的热设计方法和所用物料;
(3)掌握热设计基本理论及其在实际设计中的应用;
(4)学习热仿真软件的工作原理和高效学习方法;

(5)获得热设计研发体系的建设和热设计工程师持续进步的思维。

2、适合谁看

课程大致理解高中物理30%的内容即可听懂。着重工程实际设计经验、思维和方法的讲解,摒弃复杂公式(但个别基础公式还是有所展示)。

(1)热设计工程师
(2)结构设计工程师
(3)石墨、导热界面材料、风扇散热器热管均温板研发或销售工程师
(4)硬件工程师

(5)想从事热设计工作的学生或其它职位人员

3、写在最后

录制视频的过程中形成的一些新的观点,以及近几年热管理快速发展产生的新技术、新思路,会录入我正在编写的《从零开始学散热II》,特别值得推荐的内容,我会录制成视频,增补到此课程中。

作者水平有限,内容虽几经审改,但其中错误与不足之处必不少见,恳请不吝赐教。

(完)
 

来源:仿真秀App
电子理论材料热设计数字孪生控制人工智能
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-06-12
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