4 環(huán)境條件 53
4.1 標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)環(huán)境53
4.1.1 [Model/Global] 53
4.1.2 System->Ambients 53
4.1.3 對(duì)稱(chēng)面和輻射 53
4.2 戶(hù)外條件54
4.2.1 太陽(yáng)輻射 54
4.2.2 對(duì)于太陽(yáng)輻射的材料數(shù)據(jù) 55
4.2.3 天空溫度 55
4.2.4 寒風(fēng) 56
4.3 高海拔設(shè)置：室內(nèi)和室外57
4.4 真空狀態(tài)下的電子設(shè)備57
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4 環(huán)境條件
對(duì)流動(dòng)和熱交換方程求解需要初始條件和邊界條件。Flotherm中采用[Model/Global]中的Global temperature或System->Ambients中的temperature來(lái)確定。我們通常分別稱(chēng)為全局溫度（Global temperatures）和環(huán)境溫度（Ambient temperature）。
4.1 標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)環(huán)境
在標(biāo)準(zhǔn)電子散熱室內(nèi)（實(shí)驗(yàn)室等級(jí)）環(huán)境中具有均勻的環(huán)境溫度。[Model/Global]中的外部環(huán)境溫度（“ Tglobal”）是理想化的環(huán)境溫度特性。因此，如果Tglobal值符合實(shí)際情況，那么就不需要?jiǎng)?chuàng)建環(huán)境特性（Ambient Attribute）。同樣， 中的外部輻射溫度也是外部環(huán)境的理想狀況（也就是空氣溫度）。
4.1.1 [Model/Global]
設(shè)置外部流場(chǎng)的參考?jí)毫Α⒖諝鉁囟?、輻射溫度?br />
全局（Global）溫度用于：
1.默認(rèn)的迭代計(jì)算初始場(chǎng)
2.求解域邊界處的溫度
3.浮升力的計(jì)算
其中的壓力設(shè)置只用于高緯度時(shí)候。
4.1.2 System->Ambients
兩種情況下會(huì)采用Ambient中的溫度作為環(huán)境溫度。
1. 求解域某個(gè)面的Ambient溫度與Global中的溫度不相同。
2. Cuboid直接碰到求解域邊界。
在第二種情況中，所設(shè)置的熱交換系數(shù) 也會(huì)起作用。
注意：在A(yíng)mbient中Pressure Gauge是相對(duì)壓力，所以不要輸入1Atm。
注意：如果Ambient中的溫度值低于Global中的外部環(huán)境溫度值，則空氣將進(jìn)入開(kāi)放的求解域中，而且很有可能引起收斂的問(wèn)題。
4.1.3 對(duì)稱(chēng)面和輻射
對(duì)于考慮輻射，并在求解域定義了對(duì)稱(chēng)邊界的例子中，軟件對(duì)于那些可以直接看到對(duì)稱(chēng)邊界的物體表面輻射將不會(huì)考慮。內(nèi)部輻射換熱不受影響。輻射不會(huì)在對(duì)稱(chēng)邊界面上反射。
4.2 戶(hù)外條件
4.2.1 太陽(yáng)輻射
可以在[Model/Modelling]的太陽(yáng)輻射對(duì)話(huà)框中激活太陽(yáng)輻射。這一類(lèi)輻射不屬于紅外輻射，紅外輻射已經(jīng)和斯蒂芬－玻爾茲曼定律一起在前面章節(jié)中討論過(guò)，這類(lèi)輻射屬于太陽(yáng)光譜的可見(jiàn)光部分。太陽(yáng)和物體的相對(duì)位置由地理學(xué)坐標(biāo)、當(dāng)?shù)貢r(shí)間（12h為中午）等給出。如果太陽(yáng)在地平線(xiàn)以下，則太陽(yáng)輻射為0。大氣消光的影響也可以進(jìn)行考慮。計(jì)算得到的最大的太陽(yáng)輻射熱流會(huì)隨著云層削弱，這個(gè)云層所產(chǎn)生的削弱因子與當(dāng)?shù)氐臍庀笮畔⒂嘘P(guān)。當(dāng)進(jìn)行求解時(shí)，前處理器會(huì)從太陽(yáng)的位置發(fā)射一些射線(xiàn)，從而判斷光線(xiàn)能照射到的區(qū)域和陰影區(qū)域，之后會(huì)在被照射到的塊（Cuboid）上施加熱源影響。之后熱功耗會(huì)由對(duì)流和紅外輻射等方式散去。在后處理中可以通過(guò)變量SolarViz觀(guān)察光線(xiàn)。這個(gè)值可能會(huì)小于1，這主要是因?yàn)樘?yáng)光由于穿過(guò)玻璃而被削弱。反射之后的太陽(yáng)輻射熱量會(huì)失去。由大氣和地面的散熱輻射不能考慮。
仿真整個(gè)一天中瞬態(tài)的太陽(yáng)輻射可以采用Command Centre。設(shè)置總的瞬態(tài)時(shí)間，然后在原始方案中設(shè)置為 ，之后每個(gè)方案的太陽(yáng)輻射時(shí)間增加一個(gè)步長(zhǎng)（也就是 ）。也可以在不同的方案中設(shè)置不同的全局溫度。
注意：太陽(yáng)輻射的計(jì)算會(huì)消耗很多的內(nèi)存。
太陽(yáng)輻射計(jì)算的完整數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在日志文件中：Project-dirDatasetsBaseSolutionPDTempLogit
直接從Cuboid表面獲取太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱量是很困難的。
4.2.2 對(duì)于太陽(yáng)輻射的材料數(shù)據(jù)
當(dāng)考慮太陽(yáng)輻射時(shí)應(yīng)該注意材料的相關(guān)數(shù)據(jù)
在材料對(duì)話(huà)框中的透明度Transparency。太陽(yáng)輻射熱量的削弱由太陽(yáng)輻射吸收率（1/m）所確定。
在表面對(duì)話(huà)框（Surface dialogue）中，太陽(yáng)輻射反射率（在0～1之間）
實(shí)例：在下圖中6個(gè)物體成一直線(xiàn)排列。從左往右依次是：標(biāo)準(zhǔn)的塊、反射率為0.5的塊、太陽(yáng)輻射吸收率為30（ ）的透明塊、在Y方向上開(kāi)孔率為0.75的非壓縮阻尼、開(kāi)孔率為0.75的壓縮阻尼、開(kāi)孔率為0.25的打孔板。物體的厚度為0.01m，熱導(dǎo)率為100 ，環(huán)境溫度為0℃。太陽(yáng)所處的位置在物體的正上方。左圖顯示了計(jì)算所得的變量SolarViz。前兩個(gè)非透明物體完全遮住了太陽(yáng)輻射，第三個(gè)透明塊的SolarViz為 ，非壓縮阻尼的SolarViz是0.75（等于開(kāi)孔率），壓縮阻尼沒(méi)有遮擋，打孔板的SolarViz也是依據(jù)其開(kāi)孔率。右圖是不考慮紅外輻射（IR）情況下的溫度。標(biāo)準(zhǔn)塊被太陽(yáng)輻射加熱升高了82K，具有0.5反射率的塊溫度被加熱升高了43K。透明塊的溫度被提升了24K，這就意味著沒(méi)有反射掉的那部分熱被吸收，之后提升了塊的溫度。兩個(gè)阻尼和打孔板沒(méi)有吸收任何熱量。
太陽(yáng)輻射下的塊、阻尼和打孔板
注意/Bug：如果這個(gè)塊是壓縮塊，情況又會(huì)如何？壓縮塊與非壓縮塊的遮擋面積相同，左邊的那個(gè)塊就是被加熱的壓縮塊：其一半的熱功耗進(jìn)入到環(huán)境中。具有0.5反射率壓縮塊的結(jié)果值得懷疑，因?yàn)樗纳崆闆r與反射率為0的壓縮塊相似。其實(shí)這個(gè)溫度應(yīng)該更低。
太陽(yáng)輻射下的壓縮塊，其中第二個(gè)塊的計(jì)算可能不正確
注意：斜板和三棱柱可以是完全透明或者完全阻擋。
注意：太陽(yáng)輻射不支持與正常重力方向成夾角的重力方向
4.2.3 天空溫度
對(duì)于室外仿真的問(wèn)題，天空作為輻射對(duì)象不應(yīng)忽略。假設(shè)Y軸負(fù)向作為重力方向，物體上表面的輻射溫度必須與貼賦到正Y軸方向上的環(huán)境特性相適應(yīng)。謹(jǐn)記：冬日清晨所產(chǎn)生的影響：停在室外的汽車(chē)可能受到凍霜，然而停放在室內(nèi)的汽車(chē)沒(méi)有此類(lèi)問(wèn)題，這是因?yàn)槲蓓數(shù)臏囟雀哂诤谝固炜盏臏囟?。如果在物體上方有屋頂，則這個(gè)屋頂?shù)臏囟葢?yīng)作為外部環(huán)境輻射溫度，如果情況不是這樣，只能采用更為低的天空溫度作為外部環(huán)境輻射溫度。影響黑夜天空溫度的因數(shù)有空氣溫度、云層厚度和空氣濕度。當(dāng)夜晚的云層比較厚或者空氣中的水蒸氣比較多，則這個(gè)天空溫度相對(duì)更高。特別明顯，空氣干燥的黑夜里天空的溫度可以很低，大量的熱通過(guò)輻射熱交換的形式進(jìn)入到大氣中。空曠寒冷冬夜中的天空溫度可以達(dá)到零下65℃，夏夜中的天空溫度大約低于地表溫度30℃。如果天空陰霾，那么云層的溫度略高于0℃。
夜晚天空的溫度波動(dòng)范圍-90℃～-9℃
4.2.4 寒風(fēng)
1. 大求解域
室外設(shè)備的外部流動(dòng)可以通過(guò)在求解域的面上設(shè)置固定流（Fixed Flow Device）來(lái)仿真。由于求解域內(nèi)設(shè)備的存在，氣流會(huì)從側(cè)面流出。更好的仿真方法是在求解域面上的環(huán)境特性中設(shè)置相應(yīng)的流速。由于在邊界處的空氣再循環(huán)和夾帶，這些仿真中可能會(huì)出現(xiàn)收斂問(wèn)題。在任何情況下，求解域的大小都應(yīng)足夠大，以便包含設(shè)備周?chē)牧鲃?dòng)特征。
2. 小求解域：
在某些情況下求解域的邊界與設(shè)備相對(duì)齊。原則上，隨風(fēng)速變化的熱交換系數(shù) 必須被通過(guò)環(huán)境特性（最適用于封閉設(shè)備）貼賦到暴露的表面上。
4.3 高海拔設(shè)置：室內(nèi)和室外
來(lái)源：A. Francois-St.Cyr: flotherm.com /support -> High altitude settings (2003)
電子設(shè)備可以在低大氣壓的高海拔處工作。我們必須區(qū)分：室內(nèi)工作（在一庇護(hù)體內(nèi)）和室外大氣溫度工作。因?yàn)檫@會(huì)影響到氣體的密度。具體的可以參考Flotherm－Support網(wǎng)頁(yè)中的相關(guān)文獻(xiàn)。這里僅僅闡述以下幾點(diǎn)：
1. 確定海拔h 處的p 和T 。
2. 根據(jù)p 和 T確定流體特性。
3. 由于氣體密度降低，所以風(fēng)機(jī)特性曲線(xiàn)可能發(fā)生變化。
壓力下降后的風(fēng)機(jī)曲線(xiàn)
4.4 真空狀態(tài)下的電子設(shè)備
來(lái)源：C.Aldham: flotherm.com /support -> How to model a vacuum (2002)
對(duì)于處于真空狀態(tài)的電子設(shè)備必須剔除掉對(duì)流熱交換的影響，在模型中僅僅考慮導(dǎo)熱和輻射兩者熱量傳遞方式。
這里闡述一下相應(yīng)重點(diǎn)：
1.創(chuàng)建一個(gè)名為“Vacuum”的流體并且設(shè)置其熱導(dǎo)率為 ，并且密度為 ；其它流體特性可以保留。
2.定義求解類(lèi)型為“Conduction Only”可以避免對(duì)流熱交換。流體將會(huì)不流動(dòng)。
3.激活輻射選項(xiàng)并且設(shè)定輻射特性。
4.然而必須阻止固體向周?chē)黧w進(jìn)行熱傳遞，這可以在固體表面上設(shè)置表面特性中的 值為 。由于通過(guò)Flotherm材料庫(kù)引入的材料表面都有一個(gè)表面特性，所以可能要對(duì)每一個(gè)材料的表面特性進(jìn)行定義 和發(fā)射率。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)僅僅將流體的熱導(dǎo)率設(shè)為 是不夠的，最好還要設(shè)置 。
Flotherm資料下載: 使用Flotherm進(jìn)行電子散熱仿真過(guò)程中涉及的物理學(xué)原理.pdf
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