Thermal Desktop簡介

　　Thermal Desktop是一個利用抽象網絡、有限差分和有限元模擬方法的、能讓用戶快速建模、分析和後處理複雜熱/流體模型的軟件工具。Thermal Desktop是世界上第一款專門為熱工程師設計的軟件工具包，既保留了傳統熱分析中的真實曲面、精確的曲體單元屬性計算、自由指定的模型規模（節點數目）等優勢；又結合了當前熱模型直接利用CAD模型產生的流行趨勢，能完全利用CAD模型和CAD建模工具快速准確地產生熱模型。

Thermal Desktop軟件利用了autoCAD軟件強大的建模和編輯功能，熱模型的建立可基於CAD或FEM模型，能直接利用鼠標抓取關鍵點創建熱單元，能利用拖拉功能編輯模型，您甚至不用手動輸入也能快速准確地建立熱模型！

尤其重要的是—— CAD設計師更改模型後，熱模型能自動更新，或能以手動拖拽控制點的方式使控制點自動咬合在新位置點處，從而實現了對已有熱模型的利用和快速調整功能！這樣熱工程師不必再拖工程的尾巴，能開展與CAD設計師、FEM分析師同步的熱設計、熱分析工作。
SINDA/FLUINT是一款集成了有限元（FEM）強大前後處理功能、有限差分（FD）真實曲面（曲體）單元和自由指定的節點數目、等式求解器快速和自由邏輯控制等優點的熱設計、熱分析軟件；
SINDA/FLUINT是一款熱工程師只需建立一個模型，即可以生成計入有限元（FEM）導熱、真實曲面（FD）熱輻射、風冷和液冷、壓縮循環、線面接觸熱阻、隔熱材料等熱工程師最關心、也最棘手的熱物理現象在內的強大熱分析軟件；
SINDA/FLUINT是世界上最強大的1D熱工水力設計分析軟件，不僅能模擬風冷等開式流動，而且對工程中最常用的、也是其它3D CFD軟件望而卻步的、有著大量彎頭、閥門、泵、三通等設備的、使用高壓、兩相、多組分流體工質的管流和槽道流動網絡的熱模擬尤為強大和實用。
SINDA/FLUINT也是世界上將軟件設計的“智能性”發揮得最好的一款軟件。在用戶手中，熱分析和熱設計不再是“一問一答”機械性的唱和，軟件能自動幫您完成尺寸和布局優化、能讓您在參數尚未完全確定前即可開始分析，並能在您指定的眾多變量的可變動範圍內，找出系統最優的解答，找出極端工況（設計工況），進行可靠度、敏感性分析等。
SINDA/FLUINT軟件在美國航天界應用曆史已有40多年，是美國航天標准軟件，軟件在航天器熱控、液體推進、低溫制冷、壓縮循環、熱管、節流致冷、半導體制冷、多相流、燒蝕模擬等諸多方面代表了國際仿真的先進水平，軟件榮獲了1991年NASA Space Act Award（美國航空航天貢獻獎），目前，世界上任一參加國際空間站合作項目的國家和組織必須采用SINDA/FLUINT進行熱設計。

　　Thermal Desktop能生成SINDA/FLUINT（C&R公司熱求解器）的輸入文本，用戶也能在Thermal Desktop的Case Set Manager內直接調用SINDA/FLUINT，而不必與兩個軟件模塊間的接口界面打交道。 Case Set Manager通過簡單的鼠標操作管理熱導計算、輻射分析設置、流體流動網絡生成、SINDA求解器設置和後處理調用等事宜。並提供多案例批量設置和順序執行功能，這大大簡化並加速了大模型的自動分析工作。Case set manager同樣使得用戶能利用SINDA/FLUINT 的高級設計模塊完成設計優化、實驗數據修正和可靠度工程分析等工作。

　　Thermal Desktop軟件的設計目的是提供給用戶基於圖形界面的參數化分析工具。面型參數、組件位置、光學和材料熱物理屬性、網絡單元和軌道數據等輸入都可以用數值或用戶自定義的變量表達式形式指定，參數化的行業分析和優化也非常容易實現，尤其是采用Case Set Manager管理模型時。Thermal Desktop與SINDA/FLUINT具有革命性意義的動態聯結（6M avi動畫）使得SINDA/FLUINT能直接控制圖形界面的Thermal Desktop，這樣在運算過程中就能完成布局和參數調整、重新計算輻射換熱系數、熱流率、導熱、熱容等參數。采用SINDA/FLUINT求解器，包括光學屬性和幾何尺寸在內的幾乎所有的設計變量現在都可以實現優化。熱模型能自動根據實驗數據修正，改變包括熱容、熱導和輻射系數值在內的所有相關參數。給出的優化內容可以包括諸如電控箱或電子元器件的理想布置位置、輻射器的最佳尺寸、最小重量——以及以前很難優化的輻射設計變量。

　　Thermal Desktop可以作為一個獨立的、基於微機系統的CAD程序或作為AutoCAD軟件的拓展模塊提供給客戶。CAD軟件強大的幾何生成技術可以被用來制作熱模型。可自定義的下拉菜單、工具欄、對話框等使得熱模型的建立和分析能直接在AutoCAD環境下完成。因此，Thermal Desktop軟件的使用者需要具備一些基本的CAD知識。

　　Thermal Desktop能分析包括3D曲面、規則的MxN單元和多面單元在內的熱模型。這些曲面能直接創建、或用各種各樣的單元生成命令，例如旋轉面、銜接面、多邊形補丁面等完成。Thermal Desktop對曲面的要求並不像其它熱分析軟件那樣局限，可以是非二次曲面。 Thermal Desktop同樣能輸入、顯示和分析現有的 TRASYS、TSS、NEVADA、IDEAS FEM、FEMAP和NASTRAN模型。

　　Thermal Desktop包括一些自有的曲面類型，它們兼備CAD曲面與TSS/TRASYS/NEVADA型曲面的優點。複雜的二次曲面能通過多節點細分形式創建。這些特殊的曲面具有抓取點（控制點），能被快速選中並直接進行曲面幾何的拖拽調整，抓取點和咬合特征使得基於CAD環境的熱模型建立過程非常簡單、但功能強大。

　　RadCAD是Thermal Desktop軟件的子模塊，用於計算輻射換熱系數和軌道熱流率。FloCAD是Thermal Desktop軟件的另外一個模塊，能產生流動網絡和計算對流換熱系數。“Thermal Desktop”這個稱呼通常用來代表Thermal Desktop和它的集成模塊，但是，RadCAD和FloCAD也能單獨授權，以滿足用戶優化配置資源、實現自己特定要求的需要。

　　RadCAD是Thermal Desktop的輻射分析模塊，是一個超快速度的、oct-tree加速的、基於Monte-Carlo光學追跡算法的輻射計算軟件。RadCAD計算輻射交換系數和角系數。C&R科技公司對光線追蹤過程的創新處理造就了一個極其高效的熱輻射分析軟件。獨一無二的步進輻射率算法（progressive radiosity algorithm）已經被用於基於角系數數據計算輻射換熱系數。RadCAD同樣在熱流率計算中集成了步進輻射率算法，並取得了更快的計算速度表現。內部數據庫文件的自動壓縮和解壓縮減小了磁盤空間的占用。在中等速度的桌面計算機（PC機）上已經能完成大模型的複雜熱分析工作，在性能上甚至超出了基於UNIX系統的工作站。

　　FloCAD是Thermal Desktop軟件在CAD環境下，建立流體換熱與3D熱模型間耦合關系的軟件模塊，FloCAD能模擬流動回路、模擬安裝在PCB板、芯片、翅片等設備表面或內部的風扇、換熱器等流動散熱單元。軟件包開發的最初目的是為了滿足電子設備熱設計的需要，但是由於它結合了強大、通用的熱工水力求解器——SINDA/FLUINT，所以FloCAD同樣在其它領域適用。

其它軟件工具存在的問題：

為什麼Thermal Desktop與眾不同

　　Thermal Desktop並不是唯一一款能計算SINDA軟件所需的熱容、熱導、輻射換熱系數、熱流率的軟件工具。但是，與其它工具比，它代表了功能上的革命。在以前的工具中以下問題是必須面對的：

缺乏直觀的界面

沒有當代CAD軟件強大的建模功能

不能很好的利用CAD設計師的幾何模型

熱分析軟件的選擇受制於公司所用的CAD軟件

不能很好的利用力學分析的FEM模型

建模方法適用於力學分析，但不適用於熱分析

不能同時處理多案例問題

速度太慢

　　Thermal Desktop采用了獨一無二的、革命性的用戶界面和新思路、新算法解決了以上問題，並且真正地將它與以前的工具區分開來。

問題 #1:
沒有當代CAD軟件強大的建模功能和直觀漂亮的後處理顯示功能

　　一些老版本的程序並未提供任何交互性的圖形化建模和驗證顯示功能，只能通過“手工”構建ASCII碼“卡片“類型的模型，且需要獨立的程序查看和後處理模型和計算結果。

　　許多其它的程序的確提供了交互性的建模工具，但根本沒能利用上CAD軟件強大的建模和調整功能，如布爾操作（例如移除板上的一個孔）或者旋轉和拉伸曲線。

　　Thermal Desktop 軟件的解決方案：建模、顯示、模型驗證、輻射換熱系數和熱流率計算以及計算結果後處理等工作完全在Thermal Desktop圖形界面下以交互方式完成，而且在一個軟件內就完成了所有工作（不需要多個軟件各自計算後再整合），用戶可以完全采用過去熟悉的基於曲面的建模方法，也可利用強大的CAD建模工具所拓展的建模功能。

問題 #2:
不能同步開展工作——模擬工具並不適合熱分析

　　在少有的幾個能提供交互式建模和CAD幾何功能的軟件中，也都是將圓頭螺釘硬往方孔裏塞的軟件：專門給結構工程師設計的方法並不完全適合建立熱模型（對結構有重要影響的精細結構對熱的影響並不重要、基於有限元平面單元和實體單元的熱模型或者丟掉了輻射計算的曲面精度和曲面實體質量、熱容等屬性的統計精度、或者產生過多細碎的單元，使得輻射計算難以進行），尤其要命的是，當設計改變後，熱工程師必須從頭再來。

　　熱工程師一直被扔在同步工程的框架之外，那裏是CAD和面向結構分析的FEM軟件的天下。許多熱工程師事實上已經主動放棄使用集成化分析工具，部分原因是由於使用結構分析軟件進行熱分析給人留下的糟糕感覺(1)。另外，還由於這些工具也並不能適應設計的快速變化。

　　Thermal Desktop 軟件的解決方案: Thermal Desktop軟件開發組認識到熱工程師並不一定就是CAD設計師或結構分析師，但是熱工程師需要和CAD設計師和結構分析師一起工作。Thermal Desktop基於的CAD軟件環境支持IGES格式，熱工程師能直接調用設計師的幾何數據，但是，不同於其它軟件，Thermal Desktop並不是強迫熱工程師必須直接使用這類輸入文件，而是賦予了熱工程師更強大的功能——在已有模型基礎上根據關鍵點快速准確地建立有真實曲面和曲體單元存在的熱模型。當設計改變後、此類熱模型能根據新幾何體方便快速的進行拉伸變形調整而不會損失任何輸入數據。用於熱設計的CAD制圖能與熱模型在外部鏈接，當設計制圖變化後能自動更新熱模型。當然，設計幾何中任何已經適合熱模型建立的部分都能被直接使用（能用FEM方法直接產生熱導熱容的地方）。

問題 #3:
與公司選用的CAD系統不兼容

　　熱工程師很少生成CAD機械制圖，更不太可能在他們公司選配CAD軟件系統時發揮影響，所以，為什麼要讓公司選擇的CAD系統控制住熱工程師想選的熱分析軟件呢？許多熱工程師往往為此陷於不太舒服的境地，要不接受上面所講的有些“擠腳”的基於有限元的熱分析工具，要不用使用獨立的熱分析工具創建熱模型，避免不了的是隨之而來的測量尺寸、確定方位、計算統計等一大堆讓你頭痛不已的事，而且設計變化後，你還要從頭再來！

　　Thermal Desktop 軟件的解決方案：Thermal Desktop軟件開發組認識到熱工程師不大可能會影響公司對CAD軟件的選擇，但同時也理解熱工程師被公司寄予厚望——能與CAD設計師和結構分析師同時開展工作。因此，Thermal Desktop軟件提供了與其它CAD軟件交互幾何模型的工具（借助於IGES或DXF文件），同時在軟件的功能設計上也使得熱模型能動態的隨設計的改變而改變、而不丟失已有的熱模型數據。

問題 #4:
與有限元 FEM 的不兼容

　　有限元方法主導著結構分析領域，經常地，熱工程師必須與結構工程師攜手處理熱應力或熱應變問題。但這並不意味著熱工程師不得不使用同樣的結構分析模型。雖然他或她必須提供有限元節點處的精確溫度，但是靠大規模的求解給出每一點的溫度值的辦法也太沒有效率了。

　　目前可用的熱輻射分析工具與有限元方法並不兼容 (2)，這些軟件要求熱流率和輻射換熱系數基於單元的中心點。因此需要有從中心點到有限元節點的插值方法。更糟糕的是，一些軟件要求熱模型的單元劃分首先要滿足結構分析的需求，根據這種要求產生的熱模型的確有些“費力不討好了”。例如，在一個近乎等溫的應力集中區若存在過細的單元劃分，將使得系統級熱計算不能進行，或者至少使得參數敏感性分析變得不切實際，而這類“如果...,會...”問題的研究對熱工領域而言是非常重要的，因為模型中存在的不確定性與系統級能量流動強烈地影響計算結果的准確性。

　　Thermal Desktop 軟件的解決方案： Thermal Desktop軟件設計伊始就是為了能與有限元模型直接兼容，但同時還要避免傳統的熱分析軟件在給出面向結構模型的溫度分布時所出現的不兼容和插值問題，以及用結構模型作為熱模型所表現出的低效率問題。Thermal Desktop 同時支持有限差分和有限元模擬方法（在一個模型中可搭配使用），並將開發出新的模擬方法專門用於耦合的導熱/對流/輻射換熱問題。

問題 #5:
不能模擬非確定參數系統和多案例問題：可憐的利用率

　　早期的批處理程序、甚至是新一點的圖形界面軟件（非專門為熱工程師設計）存在的一個問題是：在一個模型內不能完成變參數和多案例分析。材料屬性、光學塗層（參數不確定或出現退化）的變化很難用簡單一致的辦法加以描述。

　　在沒有備份模型、或使用更多的精力保證模型能跟得上設計變化的前提下，用於某一分析目的的幾何模型很難再在其它地方得到重新利用（如進行尺寸優化或布局優化時），但即使這樣做了也同樣存在問題。例如，在同一模型中同時計算同一個密閉腔室的內外輻射換熱系數是低效率的，但分別建立各自的模型—一個用於內部輻射、一個用於外部輻射，同樣也沒效率。

　　Thermal Desktop 軟件的解決方案：Thermal Desktop 軟件為解決以上問題提出了幾個新的用戶界面思路，例如："analysis groups" 能被用來幫助用戶打開或關閉部分幾何模型（很有用哦），包括模型附帶的活動面（active side）顯示信息等。"Layers" 能被用來控制可選幾何體。屬性假名功能（Property aliases）能允許用戶以材料名稱和（或）儀器名稱形式定義光學物性，這使得熱工程師能以一致的方式快速更新模型物性數據、共享控制數據、進行可選方案分析。

問題 #6:
速度：明擺的局限

　　耗時問題困擾著大多數熱輻射分析軟件，為了完成大多數工程應用中常見的有大量表面的熱輻射過程分析，用戶要麼放棄模型的有用細節、要麼忍耐計算的慢速。一但一次計算就要幾天或幾周才能完成，熱工程師也就很快成為整個產品設計循環的瓶頸了（您應當體會過這種滋味）。

　　Thermal Desktop 軟件的解決方案： 即使不考慮由於將不合理的熱模型合理化在系統級別上所帶來的顯著的計算速度增加，RadCAD在輻射計算速度上的快速仍然值得稱道，或許它是世界上可用的熱輻射分析軟件中最快的，並且它的求解時間不會隨著表面數目增加而呈幾何級數增加。在PC機上求解能在幾分鐘內完成，而不是在大型服務器上的幾個小時。

　　除了具有專利的蒙特卡羅光線追跡方法的改進外，RadCAD也提供了建立輻射模型的多種新方法，包括熟悉的二次曲面到複雜的固體模擬。在一個模型內可以使用一種或多種工具完成建模，各自體現了每一種方法所具有的獨一無二的優點。

輸入/輸出

　　作為現有TRASYS用戶的輔助，Thermal Desktop提供了TRASYS幾何和物性的輸入/輸出功能。Thermal Desktop同樣提供了NEVADA和TSS模型的輸入功能。

輸入FEM模型

　　Thermal Desktop允許用戶利用現有的NASTRAN、IDEAS或FEMAP結構模型創建熱模型。

用Thermal Desktop曲面

　　如同TRASYS一樣，Thermal Desktop提供了錐面、柱面、圓盤、矩形面、球面和拋物面等幾何曲面，能根據長、半徑等基本尺寸創建幾何模型。

　　這些曲面能通過指定尺寸輸入，也能通過鼠標選擇的“抓取點”，在屏幕上直接完成延展、收縮、旋轉等操作。錐面的鼠標抓取點如上圖所示。當鼠標移動時，不同點將控制錐面的不同變化。這些抓取點是構成Thermal Desktop曲面的關鍵，曲面能以“咬合”的方式附著在更複雜的CAD制圖上，不必用這些制圖直接作為輻射模型。

使用現有的或輸入的CAD制圖

　　2D或3D CAD制圖，無論輸入的還是內建的，都能被用來輔助Thermal Desktop建模。有幾種方式利用這樣的制圖。首先，制圖的全部或部分能被直接用作熱模型的一部分，可直接選擇曲面並指定 Thermal Desktop熱模型數據，包括節點和屬性信息等。或者，制圖直接作為模板，Thermal Desktop在其上抓取關鍵點生成曲面。例如，用戶能在制圖上選擇主要的尺寸點，生成一個大致的 Thermal Desktop曲面，然後用抓取點拖動曲面到制圖的目標點。曲面所基於的CAD制圖（至少那些在RadCAD模型中沒有使用的部分）可以留在熱模型內、刪除或隱藏到另外一個不可見的圖層。這樣，准確的熱輻射模型能在不知道確切的尺度值的情況下快速建好。如果設計發生變化，制圖可再次輸入，Thermal Desktop模型能根據需要延展或收縮以匹配新尺寸。

用自帶的 CAD 建模方法

　　如果工程師熟悉CAD制圖方法，如旋轉曲線、布爾操作、銜接面等，可用它們直接在Thermal Desktop中產生幾何。這些幾何曲面可在輻射模型中直接使用，或者（包括任意生成的線、弧線和點）作為RadCAD曲面生成基於的模板。

利用率強化新思路

分析組（Analysis Groups）

　　RadCAD中最強大的新思路之一就是分析組。任何曲面、包括指定的活動面，能在不同的分析組中任意多次的歸組。當輻射計算（角系數、輻射換熱系數、熱流率）啟動後，運算只是基於當前活動的分析組。這既節省了時間也方便了模型的管理。例如，考慮下面的簡單模型，

　　盒子內部的輻射能被指派到分析組"internal"，但同一曲面（有不同的活動面）能被指派到不同的分析組"external"。這允許完成兩個快速的分析，而不是求解合成案例或保存兩個截然不同的模型。（好處之一是避免重複建模，好處之二是事先排除那些與當前輻射組無關的曲面，求解器就不會再進行白費力氣的判別，提高了計算速度）。

　　分析組同樣有其它的用途。例如，它們能使得用戶在同一幾何模型中保有備選方案和備選組件。它們同樣也能用於模型檢查和後處理時對象的指定。（還有就是小衛星從航天飛機的釋放、遮光罩在軌拋棄等瞬態過程模擬）。

屬性庫和假名（Property Database and Alias ）

　　表面光學屬性（太陽吸收率、紅外發射率、鏡度等）能以數字形式輸入，也能以用戶指定的名稱（如"white paint"、"aft canister"）形式間接輸入。這些名字能指向用戶控制的數據庫內特定的物性，或者它們能指向一個假名。屬性假名能幫助用戶在高層次上以極少量的工作重新指定塗層或物性。例如，使用這裏給出的假名管理器（alias manager），用戶能將所有用作“radiator”的組件的光學屬性改為"white paint"。

　　與軟件快速數據庫交換能力（如用其它類型的白漆替代現有白漆）一起，假名功能提供給用戶一個能快速進行多方案分析、設計比對、特殊工況分析、材料退化影響評估的強大工具。

對照樹（Correspondence Trees）

　　另外一個Thermal Desktop的革新是樹狀分支的節點管理器，用於處理可能會用到的Thermal Desktop曲面和SINDA節點間的對照和匹配問題。（在輸出到SINDA之前，對照樹可以用來收集一個或多個節點的參數值，便於管理和查錯），這個直觀的表格（如上圖）提供了快速的視覺化數據處理功能（如在當前屏幕只顯示指定節點），這一點在老舊的分析軟件中很難做到。在Thermal Desktop後處理SINDA結果時，節點間的對照功能自動保持。

累積精度（Cumulative Accuracy）

　　RadCAD 允許用戶在看過初步結果後，進一步在現有基礎上提高光線追蹤分析的精度。程序將自動檢查並判斷是否存在使得模型原有結果不再能被利用的修改。（用於輻射換熱系數、輻射外熱流、線面接觸熱阻計算；除非優化過程需要，軟件一般在進行動態分析前，一次性完成這些耗時計算）。

線面接觸搜尋（Linear/Surface Contact Ray Tracing）

　　其它軟件計算線面接觸熱阻時需要用戶直接給出接觸長度/面積值，但RadCAD允許用戶僅告知兩者存在接觸，然後由程序自動計算實際接觸長度/面積。這對不規則形狀線/面接觸分析非常有用。

超級節點/網絡（Super Node/Network）

　　用於降低熱模型複雜性的強大工具，如處理導入的FEM大模型時，部分節點可歸入Sub Network，其熱容、導熱/對流/輻射關系網可自動歸入Super Network中相應節點，實現了FEM結構模型的“熱”合理化，提高了計算速度；同時也保持了節點對應關系，便於進行瞬態熱應變分析。

性能與功能

RadCAD 功能總結：

TRASYS輸入/輸出、CAD建模功能、以CAD制圖為模板的抓取關鍵點建立RadCAD曲面的高級方法；

計算角系數、輻射換熱系數、吸收的輻射外熱流；

可變的鏡度；

可選擇的求解方法：加速蒙特卡羅光線追跡方法或步進輻射率算法；

模型驗證工具（如哪些面是活動面，熱光學物性值彩圖顯示等）；

後處理（角系數、輻射換熱系數、熱流率、SINDA溫度等）；

軌道定義和視覺化；

角度依賴的屬性；

利用關節構造的可運動幾何體（對日、對地、對星指向）

RadCAD計算時間（例子）：

輸入TRASYS模型：在奔騰200Mhz 計算機上計算364個節點模型的太陽直射、地球反照和紅外輻射軌道熱流率用時111秒。包括所有的內部操作（oct-tree設置、數據生成等），使用RadCAD獨一無二的步進輻射率算法，誤差自動限制在5%以內。

金字塔積木：在奔騰200Mhz 計算機上計算256個面模型間的輻射熱導用時192秒，包括所有的內部操作。使用每節點10000根光線的完整蒙特卡羅光線追跡法。
　　　　　　　　　　　　　

免費評估版

　　我們理解您在采用新的工程分析工具前所表現出來的猶豫，但是我們相信Thermal Desktop值得您花時間安裝和測試。免費評估版的Thermal Desktop非常強大，允許使用所有功能，但只能對最大25個節點的模型進行求解。

　　1. 事實是：能得到溫度分布的軟件並不一定就是真正的熱設計工具！

　　2. SINDA/FLUINT，相反，與FEM並不兼容，但是，它是一個等式求解器，能被用來求解集總參數公式、有限差分公式、有限元公式或以上的組合。