Flotherm工程——概覽
Flotherm會對每一個模擬計算的算例建立一個獨立的Flotherm工程。算例中涉及到的所有數據都會存儲在在這一自動創建的工程目錄文件夾中。當用戶打開或保存一個工程時，Flotherm會自動從數據文件中提取或寫入相關信息，將過程中詳細的數字處理過程隱藏到后臺，使整個應用過程變得簡單易操作。
目錄結構
通常情況下，使用Flotherm并沒有必要去理解軟件自動創建的文件夾中的目錄結構，但這里仍做一些簡單的介紹，以便某些特殊情況下的應用。
Windows系統中，軟件安裝時會默認在Program Files（在UNIX系統中，這一文件夾在/opt/目錄下，筆者系統是Windows，經驗證確實如此，但UNIX尚未驗證，大家發現有誤可以指出）中創建一個MentorMA文件夾。Flotherm文件的位置，即Solution Directory，默認存儲在flosuite_v11\flotherm\flowuser中。這一目錄位置當然是可以更改的，設定的模型存儲在哪個文件夾，這一數據文件就會存儲到哪里去。筆者的習慣是，會針對每一個項目建一個文件夾，項目所有資料分門別類的再建立子文件夾存放，仿真文件就放到項目總體文件夾下對應的仿真子文件夾類目中去，這樣方便后續的查找，感覺也比較方便清楚，提給大家參考。在多用戶的系統中，這一目錄管理的方法優勢尤其明顯。
在工程求解目錄中，沒一個工程都有自己包含自身工程名的一個文件夾存在。但其文件夾名稱中還包含了一長串的數字。在每一個工程目錄下面，不同的數據類型存儲在不同的子文件夾下。下圖展示了連個工程文件的目錄結構：
其實所謂了解這些文件目錄，也仍只是對文件做簡單的轉移、備份工作。核心文件目前仍然無法打開進行直接編輯操作（或者可能有，但目前筆者暫時不知道怎么操作）。用戶可能用到的文件有：
l 工程solution directory——如果flouser文件夾位置被重置，此文件夾就表示求解目錄；
l Group.bak文件——是工程文件的一個備份，存儲在PDProject目錄下；
l 幾何模型以及各種屬性參數庫文件目錄；
l Floqueue，用于設定遠程求解環境
LMCCache和LMRecent目錄是庫文件管理過程中所需的目錄文件。
不要編輯這些文件
筆者：Flotherm軟件為了用戶使用過程中的便捷，自身做了一些列數據管理。通過其自身固化下來的目錄儲存方式，簡化了過程中數據的管理環節。這帶來的一個弊端就是用戶不能隨意更改其數據目錄，因為中間任何一環出現差錯，將導致整個工程無法再被使用。因此，可以查看和備份一些求解過程中的數據，但不要嘗試編輯它們。
工程文件的使用
Flotherm對工程案例的分析，都是通過工程文件完成。打開Flotherm之后，或者創建一個工程，或者load一個已存在的工程進行后續的分析工作。
每一個Flotherm的工程都會在工程目錄中創建或保存。在工程保存之前，求解器是不會工作的。
當一個工程被保存之后，后續其可以被再次下載，當然，如果需要，還可以輸出成其他格式的文件，以便在別的Flotherm或者MCAD，ECAD系統中使用。
開始運行Flotherm
Flotherm可以既可以在交互式界面下運行，也可以在批處理模式下運行。下文分別做詳細介紹。
開始在交互式界面下運行Flotherm
通常情況下，Flotherm都是在交互式界面中運行的。此時，算例設定，流動計算和結果分析都是在一個相同的程序計劃（program session）中完成。
限制
Flotherm的交互式運行方式，只能在Windows系統平臺下實現。
步驟
啟動環節不再贅述。安裝完成后，會有快捷方式。如果沒有，就在安裝目錄下搜索flotherm.bat文件。雙擊即可進入交互式運行啟動畫面。
批處理模式下的運行
批處理模式主要用于哪些需要很長處理時間的龐大工程文件，或者你需要軟件自動進行一系列的模擬運算時采用。
工程可以通過交互式方法進行創建，但通過撰寫批處理文件，來實現軟件的自動計算。
退出Flotherm
當解算器沒有運行，且當前的工程也已經保存時，點擊exit，軟件將會直接退出。
限定和相關約束
如果用戶視圖在軟件正在進行交換系數的計算或解算器正在運行時退出Flotherm，會出現提示窗，問及是否確定。關于其退出的文件更改確定等功能，與常規軟件無異，且一目了然，此處不再贅述。
Floscript
用戶可以使用XML文件作為腳本文件使Flotherm實現一系列的操作。Floscript的使用建立在用戶已經對Flotherm的運行非常熟悉，且相當了解XML腳本文件的編寫方法基礎之上。通常情況下，這一功能并不常用。但遍歷各種資料，關于Floscript的解釋，均非常模糊。筆者對此功能應用也不多，此處做階段性簡述，必要的話，后續補充。
Flotherm的安裝文件中提供了對Floscript的說明文檔，具體目錄為：
XML文件的編寫，實質上就是程序語句的編輯。通過某些Flotherm可以識別的范式，實現模型的自動生成或者后處理結果的自動輸出。因此，掌握Floscript的關鍵是明確這一固定范式。例如，在模型的root assembly下添加一個cuboid的句法如下：
語句完成編寫后，可以通過Floscript圖表來檢查其句法，但推薦直接將Floscript語句加載到XML工具中，直接在編輯時就進行檢查。
Floscript圖表
Floscript圖表在Flotherm安裝文件中有詳細的文檔專門說明。其目錄位置為：
這一目錄文件中。此處將其粘貼如下：
Floscript在日常的工作中暫時并無用到。但如果要提高工作效率，或者所做產品類型非常相似，通過較為簡單的轉換就可以新建出合理的模型，那么Floscript就比較有用。
項目管理窗口
Flotherm啟動后，默認打開項目管理（Project Manager，簡稱PM）窗口。如果PM窗口被關閉，整個Flotherm也將被關閉。PM窗口是建立和求解模型中的關鍵窗口。
關于基本操作，已經有大量中文教程進行指導，此處不再贅述。補充如下對理解模型建立方式有重要意義的說明。
Data Tree——數據樹
Flotherm使用集合（assembly）與部件（part）兩種模式來組織其幾何數據。
這些集合和部件都會在Model標簽下的數據樹中呈現。對于所有的Flotherm工程，即使是沒有任何幾何體的工程而言，也將包含：
l 一個工程節點（Project node），在整個工程的最上方，用來區分不同的工程，以及導入或導出工程文件，工程節點的名稱與工程名相同
l 一個系統節點（System node），用來定義求解域的大小，求解域的外圍環境條件，以及求解域邊界面的物理屬性
l 一個最頂端的根集合節點，所有的幾何部件都在此集合之下
當Flotherm初始啟動時，數據樹將會默認強制添加此頂端根集合。
新建對象面板
新建對象面板是固定在Drawing board面板和data tree中間的工具欄。所有Flotherm中可建立的對象，都在此面板中包含。新對象有兩種創建方式：
1、 PM中創建
2、 DB中創建
關于各類部件的創建方法，大量中文教程都有指引，此處略去不再贅述。然而，無論對哪一種仿真模擬軟件，理解各部件類型的物理意義，對于正確建立模型有非常關鍵的意義。這對于深層理解為什么某些對象上無法再建立子對象，也是最根本的。此處筆者根據自己的理解，進行簡述。
l Cuboid——塊。表示實體塊。產品中有各種結構件，都可以用實體塊來代替。當然，Flotherm中的Cuboid是結構化的六面體。從物理意義上理解，任何流體無法流過的區域或結構，都可以認為是實體塊，都可以用實體塊進行建立，通過賦值不同的材料屬性、功耗等參數來表達其對散熱場的影響。因此，從這個角度講，幾乎所有的物理實體都可以在塊的空間處進行覆蓋。
l Prism——物理屬性同Cuboid，只是形狀不一致。其形狀是棱柱。
l TET——物理屬性同Cuboid和Prism，只是形狀不一致。其形狀是四面體。
l Inverted tet——物理屬性同cuboid、Prism和TET，只是形狀不一致。其形狀是反四面體。
l Resistance——Flotherm中一個常用的簡化物理模型的組件，表示某區域對流動造成的阻力。復雜模型中，resistance是一個非常有用的簡化工具。比如一個刀片式服務器，在設計前期，先通過數值風洞探究待插單板的阻力特性，然后設置resistance的相關參數（參數的設定在Flotherm官方的宏網站上有詳細的指導，輸入一定的參數之后，甚至可以直接輸出PDML格式的文檔，方便導入），通過resistance來替代詳細單板，極大地減小網格數量，在前期進行風道優化設計，各結構附件對整機散熱的影響時，有效提高仿真效率。從物理屬性上講，Resistance本質上講就是一個均質多孔介質，Flotherm功能簡單，它無法實現Fluent那樣各處異性的賦值，不過，均質多孔介質的簡化對于電子器件阻力的近似已經完全夠用。從數值計算的角度上理解，多孔介質的設定并不引入新的變量，resistance存在的網格中，離散方程將根據用戶的設定自動在相應控制容積內添加阻力項，此阻力項在控制方程中以源項的形式存在，調用的速度值為上一次迭代得出的速度值。因此，resistance模型的引入，完全沒有增加新的變量，在計算過程中也不會造成計算機負荷的明顯加重。推薦在風道優化過程中，甚至系統進出風口采用。
l Assembly：其作用相當于windows操作系統中的文件夾，可以存放各種類型的文件。所有可以單獨存在的組件都可以放在assembly中，而那些不能單獨存在的組件則不能直接建立。可以用這個例子類比：Windows文件夾中可以新建文件夾，這個文件夾可以是空的，也可以是有內容的，與此類似，assembly也是如此，其下可以建立新的assembly，新的assembly可以是空的，也可以包含組件。再有，Windows文件夾中可以存放各種類型的文件，比如word文檔，exe文件，視頻文件等等，但它不能直接儲存幾個字符或者一段聲音。如果要存儲，這些字符或者聲音必須寫入到相關的文件里，比如word文檔或者一個MP3格式的文件，才能在文件夾中存放。Assembly也是如此，用戶不可能直接在assembly下建一個孔，supply，extract，一個器件，一個網絡節點或者網絡塊，因為這些組件不能脫離實體而存在。比如最簡單的孔：孔只有在塊或者板上出現，才能想象到它的意義，單獨說有個孔，顯然令人無法理解。
l Source：源是Flotherm中另一個非常常用簡化組件。通常情況下，在分析傳熱問題時，它只被用作產生熱量或者設置定溫來使用，而實際上，它的功能遠不止此。它還可以作為質量或力源。大家都知道，Flotherm求解的控制方程包含五個，連續方程，三個方向上的動量方程，以及能量方程。設置定溫或者定發熱功率，就是改變能量方程。數值壓力，就是改變連續方程。設置力，就是改變動量方程。其實，力和質量極少使用，而溫度和發熱量非常常用。但既然flotherm已經通過軟件實現了能量方程的有限制的定制化修改，實現另外四個方程實質上已經不需要再添加任何有難度的指令，所以即便不是很常用，也都集成過來放到這里供大家調用了。
Source的另外一個細節注意點是，面source會出現一個箭頭。Source作用到動量方程時，表示力的方向。同時，source作用于其箭頭指向的那一層網格。這一注意事項，在使用面熱源進行芯片發熱量建模時，有時很有必要注意。如果作用在芯片表面而箭頭方向指錯，有可能導致很大的計算誤差。
l Heatsink：散熱器。實際上是Flotherm為了用戶建模方便設置的模塊。物理意義上，相當于一系列cuboid的堆積。所以，其屬性和塊體一致。但它不能設置孔，是最大缺陷。但是，如果用戶確實認為散熱器上某處需要打孔，而又想利用Flotherm自帶的這一模塊化的功能，就可以建好這一模塊之后，選中HeatSink，點Geometry，選擇Decompose，即可將散熱器打散，成為一系列cuboid的堆疊。此時，即可添加hole了。
l PCB：PCB也是Flotherm 便捷用戶操作的一個組件，可以覆蓋多種物理特性。
l PCB Component：類似Cuboid，但無法使用孔和循環設備。
l Sloping block：斜板，用于幾何建模，組件子關系同PCB component。
l Enclosure：框。屬性同Cuboid。所有情況下，都用Cuboid堆疊替代。
l Cylinder：圓柱。屬性同cuboid。建議少用。Flotherm只有結構化網格，圓形界面不可能完全貼合，固有誤差無法消除。
l Hole：孔。可以設置在Cuboid上，Hole分為開放式孔，還可以設定開孔率，模擬多孔板。設置開孔率去模擬多孔板，可以大幅降低網格數，極常用。
l Fan：風扇。是Flotherm為簡化建模開發的最重要的部件之一。Flotherm中不能探究具體扇葉對流場的影響，但這種簡化會顯著提高建模和計算效率。Flotherm風扇的作用通過迭代實現。當設定PQ曲線時，軟件的計算過程如下：給定風機壓力，計算流場及溫度場；回歸計算風扇通風量，與PQ線進行比對。如有不符，根據上一次計算差調整給定的風機壓力，重復上述過程，直至符合。
l Recirculation device：包含supply和extracts。可以通過別的組件來拼湊supply和extracts的具體形狀。通常情況下，可以使用Recirculation device來對離心風機、換熱器等Flotherm中并未直接建好而卻比較常用的組件模塊進行建模。既然能模擬風機，Recirculation device自身也可以設置PQ線。當然，由于recirculation device又并非僅用來建立離心風機，任何循環流動組件都可以用它來建模，所以，這里的PQ線是一個更廣義的壓力-流量線，反映了這一組件的流動阻力特性。可以說，再配合其熱學設置項，recirculation device可以對產品許多組件實現非常大幅度的簡化，當然，這一功能在Flotherm 11中通過添加cooler 和rack兩個組件更加細化和顯性化了。
Recirculation device在模擬換熱器時的設置
l Cooler & Rack：Flotherm 11特地添加了這兩個組件。從組成上看，這兩個組件與recirculation device完全相同，但其屬性設置有所區別。相對于recirculation device而言，Cooler還可以設定某點的溫度值，設定其可以冷卻掉熱量的大小用來判斷是否失效。對于Rack，我的理解是另一種簡化程度更高的模型。它直接將產品中某對其他組件會產生熱級聯影響的組件集用rack這一個特征去代替。在了解了cooler 的設置項后，rack的各屬性設定一目了然。
Cooler和Rack的參數設定界面
l Network assembly：從組件名稱就可以看出，它其實是一個集合而非簡單的幾何體。一個完整的network assembly包含如下幾級：
圖示的是一個比較簡單的熱阻網絡模型，其包含結、殼和板三個最基本的芯片元素。當精度要求較高，芯片內部組成比較詳細時，你可以按照實際情況建立多個結，其熱量的傳遞路徑也可能并不是這么單一，除了結到板的傳遞，還可能有各種形式的邊緣的管腳進行熱量傳遞。內部結到板的傳熱，也有可能有引線參與。通過右鍵在network assembly上彈出的菜單中，可以設置node到node間的熱阻屬性，以便描述芯片內部的熱物理屬性。從這個角度，你不難理解，實際上發熱塊模型、雙熱阻模型、星形熱阻模型等比較簡單的熱阻模型，都不過時network assembly的一種簡化形態。
l TEC：熱電制冷組件，室外柜中常用。室內電子產品目前用的還不多。隨著其尺寸愈來愈緊湊，室內的應用，應該也會逐漸出現。
l PowerMap：需要從外部導入thermal map文件。屬于精細化建模，而且模型樹中的模型需要與powermap導入的文件對應起來，才不會出錯。
總結 在Flotherm中定義散熱問題
散熱問題涉及的物理屬性
l 求解域大小及邊界條件
l 流動流體的熱物理特性
l 需要求解的變量
l 模型的幾何尺度
l 求解類型
l 重力影響
l 環境溫度和壓強
l 熱輻射效應
上述8條為Flotherm幫助文檔中所總結，全面概述了電子產品本身之外的各種需要考慮的因素，是所有熱設計問題都需要考慮的宏觀物理信息。實質上，對上述幾個因素理解程度，直接決定熱設計工程師能否建立可反映實際使用情況的仿真模型。每個因素都是優化產品熱設計方案的根本依據。下面分別敘述這些因素的意義及其Flotherm中的設定方法。
Flotherm功能強大，使用便捷，但方便不意味著簡單，好用不等于淺顯。要想獲得準確的仿真結果，真正利用仿真軟件對自己的設計產生指導效果（而不是誤導），必須要對整個傳熱知識體系以及熱仿真知識框架有所了解。實話講，從零開始到精準運用Flotherm，這個路程非常艱辛。反過來講，掌握這門技能，你自己將變得價值非凡。
參考文獻：
《 Flotherm 幫助文檔 》
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