1、 6SigmaET 练习教程 北京天源博通科技有限公司 2012 年 5 月目 录 练习 1 软件基本操作 . - 1 - 练习 2 刀片式服务器 . - 12 - 练习 3 系统封装刀片式服务器 . - 31 - 练习 4 冷板散 热 . - 44 - 练习 5 辐射的影响 - 57 - 练习 6 瞬态分析 . - 68 - 练习 7 热管散热 . - 72 - 练习 8 带有离心风机的管道设备 - 84 - 练习 9 IDF 文件的导入 . - 96 - 练习 10 电子器件 封装 . - 105 - 练习 11 LED 灯散热分析 . - 123 - - 1 - 练习 1 软件基本操作
2、介绍 本练习 介绍 6SigmaET 软件界面、基本操作 以及 如何 查看 后处理结果。 通过这个练习 您 可以学到： 6SigmaET 软件启动以及软件 界面 的介绍 ； 查看总体模型布置 ； 对图形显示区视图进行相关操作 ； 查看 后处理结果 。 步骤 1： 启动 6SigmaET 您 可以 从 Windows 开始菜单启动软件： 或者如果 安装了桌面快捷 方式 ，也可以直接鼠标左键双击 打开 。 - 2 - 点击工具栏中的打开图标 或从菜单栏“ File/Open”，打开练习的求解地址 I-nstall Directory/TutorialCases，载入 软件自带的模型 文件 “ Fi
3、nished Tutorial Blade Server”。 当 加载项目时，可能会出现如下信息： 这 一般发生在如下的 情况 下 ： 前一次软件 因某种原因崩溃； 对模型做出了更 改 还 未保存 的时候导出 zip 文件。 点击 Yes 可以恢复到软件上次突然关闭时的状态 ， 当您 不确定时可以使用 Save As 将该项目另存为一个 新文件 。一个项目由一个 6SigmaET 文件 （扩展名为 .e-quipment） 和 一个同名文件包 构成， 包里含有 模型定义 以及计算时产生的 数据。 当完成 Finished Tutorial Blade Server 加载后， 效果 如下图所示：
4、 步骤 2： 软件界面介绍 - 3 - 加载完案例后，你可以看到顶部的 Windows 风 格 的 菜单栏 和 提供了一些常用按钮的快捷图标栏 。 整个界面由以下几个区域构成 ，如下图所示： 你看到的视图可能会和上面图示有些不同 ，这是由于 ： 模型库面板 可能没有打开。可以点击图形显示区右侧的 Library Folder Icon来打开，再次点击 将关闭； 所有的 面板和 工具栏都是浮动的，都能四处拖拉 ； 几个面板在同一位置时会采用现在的多标签网页浏览器 式 的风格 。 只有一个是在最前面的，如上图中的模型树和版本树，现在模型树 处于激活状态 。 1. 模型树（ Model Tree）
5、左侧 区域 提供 了 一个树状视图 ，即模型树 。当项目打开，只有顶层 节点 显示。下面还有许多的子节点，点击前面的小三角符号可以展开该节点，或者右键菜单中选择 Expand All 可以展开该节点下的所有子项目。 - 4 - 2. 视图区（ Graphical View） 当 在模型树中选中 Chassis 时， 视图区中 Chassis 的 边将高亮 显示 。 拖动绿色的尺寸调节拉杆 可以 改变箱体尺寸。 3. 属性表（ Property Sheet） 当 在 Model Tree 或 视图区选 中 某 物体时，将显示该物体的属性参数。 如果选中的是多个物体则显示它们的共同属性值。 4.
6、属性 列表 （ Property Table）以及除错区 (Error View) 这两个面板默认 位于窗口底部位置。 5. Property Table 这个功能主要是以列表的方式来显示您选中的多个物体 的详细 属性值 ，而 Pro-perty Sheet 只能显示一个选中物体的属性或者多个物体的共同属性。通过 Property Table 还可以把属性值和计算结果导出来进行分析。 6. Error View - 5 - 沿窗口底部的有一个面板 “ Error View”，警告或错误将在其中显示。在一个算例中，如果没有错误，该面板就不会显示。在这个范例中，将见到一些错误出现。有“ +”号显示
7、时，可以展开错误或警告查看其详细内容。 点击出错的条目， 出错的 物体在 模型树和视图区 中 都 将呈现高亮显示， 这个功能可以避免工程师将太多时间浪费在除错方面。 7. 模型库 “ Library Folder”出现在窗口的右侧，它 采用 类似于 Model Tree 的树状结构，显示 6SigmaET 软件 自带 的 模型 库。 步骤 3： 视图区功能介绍 1. 二维视图 二维视图 提供了 6 个快捷键，按这些键可以快速 切换 到相应 视角 ： 2. 三维 视图 在 视图区 单击鼠标右键，并选择 View From/3D（或 者直接按 快捷键 3）就可以获得如下图所示的三维 视图。拖动鼠标
8、中键可移动视图，滚动鼠标滚轮可缩放视图，按 shift 键并拖动鼠标左键可局部放大视图，按 Ctrl 键拖动鼠标左键可 框选多个物体 。 - 6 - 另外，在菜单栏中的 ViewView Controls 中可以自定义平移、缩放、旋转、步进视图等操作的快捷键： 3. 步进视图 从 View From 下拉菜单中选中 3D Walk View（或快捷键 W）。 您可以如同进入一个小房间一样的设备中详细观察某点的情况： 步进视图的快捷键如下： - 7 - 步骤 4： 查看后处理结果 6SigmaET 可提供数种查看装置中流动和温度的方式： 后处理截面 Result Plane： 云图 （ Vari
9、ation Plots 和 Variation Plot Smooth） ； 矢量图 （ Flow Pattern） ； 动态流线图 Streamline Plots； 表面温度 ； 1. 后处理截面（ Result Planes） 云图（ Variation Plots 和 Variation Plot Smooth） 鼠标右击项目节点 Blade Server Tutorial 并选择 New Result Plane： - 8 - 或者在视图区右键菜单中选择 ： 新的 Result Plane 建立后默认的方 向是 垂直于 Y 轴； 从前视图看，截面默认位于模型的正中部 ，选中截面后拖动
10、位置调节拉杆可以调节其 Y 向位置 ： - 9 - 矢量图（ Flow Pattern） 在 模型树或者视图区 中 新建一个 Result Plane； 在 Result Plane 的属性表中 将 Plot Type 设为 Flow Pattern； 放大散热器区域可见： 查看完结果之后，通常将保持 Result Plane 的所有设置，如果不需要继续显示该截面可以在模型树或视图区中将其隐藏（右键菜单中选择 Hidden）。 2. 动态流线图（ Stream Line Plots） - 10 - 为了更好的理解 模型中气流是如何流动的 ， 可以为一些关键区域增加流线图，比如 风扇、通风 孔和
11、计算域的进出口 。 在这个 案例 中我们使用查找功能 来 选中所有的通风口 并为其添加流线 ： 要在整个模型中进行查找，可以 选中层次树中（ FFL， Tutorial Blade Server）节点， 或者在视图区空白处左键单击一下。 注意：查找的范围仅限定于您选中的物体的子项目。选中的物体不同，可以找到的子项目也不一样。 将 查找类型 设为 Vent 并单击 Find； 查找后会自动 选中 所有 Vents。在一个 Vents 上右击 菜单中 选择 New Stream Line Plot 或在工具条中选择流线图标 ， 即可成功添加流线： - 11 - 一般保持默认的流线属性即可，在流线的
12、 属性表里用户也可以自己选择流线的变量、外观、疏密等属性值。 点击快捷图标栏里的播放按钮即可查看动态的流线图 ，也可以点击录制按钮将动画保存成 Gif 或者 Wmv 格式用于演示 ： - 12 - 练习 2 刀片 式服务器 介绍 本练习 演示 了如何用 6SigmaET 创建 上一个练习中的 刀片 式服务器 案例。 通过这个练习你可以学到： 创建 Chassis， PCB， Chip， Heatsinks， Daughter Board， Disk Drives， Test Chamber； 运行计算及检查计算结果 ； 创建并求解一个新的 版本 ； 将 Chassis 保存于 Library
13、中 以备日后使用。 问题描述： 本问题中的 刀片 式服务器 位 于一个服务器箱体内， 刀片 式服务器主要由 PCB、芯片、散热器和子卡组成，箱体采用风扇驱动气流散热。 步骤 1：创建一个新的项目 启动 6SigmaET，点击菜单栏 File/New 或常用工具栏 建立一个新的模型。点击菜单栏 File/Save As，给 要新建立的模型一个名称并保存在硬盘某个位置。 在模型树中选中 ET Project 节点，并在属性表中将 Name 改为Blade Server Tutorial。 - 13 - 步骤 2：建立 服务器箱体 建模之前，首先你要改变 Chassis 的大小。缺省的 Chassi
14、s 几何尺寸为： 1U440mm 500mm。 服务器在其前 后壁 面都进行 开 孔以便于空气流动，开孔用 工具条上的 Vent 功能 进行建模。 1. 在模型树中展开 ET 工程节点并选择 Chassis 节点； 2. 将模型树下的属性表中 Manufacturer和 Model面板下对应的名称分别改为 FFL和 Tutorial Blade Server； 3. 将 Height、 Width 和 Depth 分别设为 50mm、 183mm 和 510.5mm； 4. 点按住 Ctrl 并用 鼠标左键选中 Chassis 的所 有 壁面 ，在属性表中将 6 个壁面厚度 (Thicknes
15、s)都 改为 1mm，并将 Modeling Level 选为 Thick（即考虑壁厚）； 5. 选中 前壁面（ Chassis Front Side） 和 后壁面（ Chassis Rear Side） ，右击鼠标并选择 New Vent； 6. 在 弹出的对话框（用户操作熟练后可以在 Edit Preference 菜单中将“新建物体时弹出对话框”一项设为 No 以节省时间，改属性可以直接在属性表中操作。） 中展开 Geometry 节点并将 Geometry Definition 设为 Rectangle；将 Length设为 48mm， Width 设为 173mm；展开 Placem
16、ent 节点，将 Offset 1 和 Offset 2分别设为 5mm 和 1mm；展开 Construction Perforation Details 节点，将 Open Area 设为 45%；点击 OK，关闭对话框。 如下图所示 : - 14 - 此时模型如下图所示： 保存模型。 步骤 3：建立 PCB、芯片和散热器 在此服务器模型中主板上带有 2 个主芯片，每一芯片上附有一组挤压式散热片和 8 个小的子卡（可能是记忆存储卡），主板上的其余小 芯片和组件在此就不进行建模，子卡 上器件的发热以均 布式热源 的方式 加在 子卡 PCB 的表面上。 - 15 - 1. 建立 PCB 在模型
17、树中选中（ FFL， Blade Enclosure） ，右击鼠标并选择 New PCB； 改变 PCB 的尺寸： Width 设为 181mm， Depth 设为 388mm； 展开 Placement 节点，并将 X、 Y、 Z Location 分别设置为 1mm、 10mm 和14mm； 展开 Power 节点，将 Top Distributed Power 设为 10W； 点击 OK 结束对话框 ； 此时 模型图显示成如图所示的三维图 。 2. 建立芯片 服务器主 CPU 在此采用芯片槽座、散热器和热界面材料来建模。 选中 PCB，点击图形显示区右侧工具栏中 New Chip Soc
18、ket 图标 ； 展开 Geometry 节点，并将 Width 和 Depth 都 改为 40mm，保持 Height 为缺省的 2mm； 展开 Placement 节点， 并将 X Location 和 Z Location 分别设为 70.5mm 和280mm； 点击 OK 结束对话框 。 - 16 - 选中 Chip Socket，展开 Construction 节点，点击 Material 中的 ABS-Plastic，由于所需材料 Polycarbonate 不在清单内， 点击 Library 按钮从库中选择该材料，然后点击 OK； 选中 CS1（ Chip Socket），点击
19、浮动工具条 中 的 New Chip 图标 ； 展开 Geometry 节点，并将 Height、 Width 和 Depth 分别设为 3mm、 35mm和 35mm； - 17 - 展开 Thermal Limits 节点，将 Allowed Maximum Temperature 设为 60 ； 展开 Power节点，将 Thermal Design Power设为 25W，点击 OK结束对话框。 3. 建立散热器 选中 Chip，点击图形显示区右侧工具栏中 New Heatsinks 图标 ； 展开 Geometry 节点，并将 Base Width 和 Base Depth 设为 5
20、0mm，保持 Base Thickness 为缺省的 3mm， Fin Thickness 设为 1mm， Fin Height 设为 15mm，Number of Fins 设为 18； 点击 OK 结束对话框。 - 18 - 该散热器有 2 个区域的剪切口，可能是用于安置弹簧安装机构的，在此我们创建一个剪切口并复制另外一个。 选中 Heatsinks，点击图形显示区右侧工具栏中 New Heatsinks Cutout图标 ； 展开 Geometry 节点，并将 Width 和 Depth 分别设为 50mm 和 5mm； 展开 Placement 节点， 并将 Z Offset 设为 4
21、0mm； 选中 Cutout，鼠标右击并选择 Copy 复制剪切口；选中 Heatsinks 并右击鼠标选择 Paste 插入剪切口的复制件，当然此时复制件和原件的位置重合，需对其位置和尺寸进行设置，在属性表中将复制件展开 Placement 节点并将 Z Offset 设为 5mm； - 19 - 为了使模型看起来更逼真，我们可以调一下散热器的颜色：选中散热器 在其属性表中 Display Options 节点下的 Color 一栏中更改颜色： 此时系统模型如下图所示： 4. 建立 TIM（ 热界面材料 ） 散热器和芯片 接触面虽然肉眼看起来是非常光滑的，但实际上放大到一定程度后接触表面也是
22、粗糙不平的，空隙里的空气阻碍了热量的传导，因此通常在接触面上会涂有一层材 料用来优化热量的传递。这层材料即 TIM，常见应用如 PC 的CPU 表面上一般都涂有导热硅脂。 选中 Chip，点击图形显示区右侧工具栏中 New TIM 图标 ； 点击 OK 结束对话框，即完成 TIM 的创建 ，软件会默认 其 位于二者接触面之间 。 步骤 4：建立子卡 - 20 - 记忆卡和其他的扩充卡都能在 6SigmaET 进行建模。初始阶段我们先指定主PCB 上子卡槽的位置和尺寸，然后将 PCBs 建于卡槽内。本模型有 2 套 4 块子卡，我们先创建 1 个卡槽和 PCB，然后使用阵列生成其余 3 份复制模
23、型，再通过复制和粘贴生成 2 套 4 块子卡系统。 选中 PCB 节点，点击图形显示区右侧模型工具栏中的 New Daughter Board Socket 图标 ； 展开 Geometry 节点并将 Height、 Width 和 Length 分别设为 7mm、 7mm 和100mm； 将 Socket Depth 设为 7mm； 展开 Placement 节点并将 X 和 Z Location 分别设为 5mm 和 150mm； 选中 Daughter Board Socket 节点 ，点击图形显示区右侧模型工具栏中的 New Daughter Board 图标 ，并将 Top Dist
24、ributed Power 和 Bottom Distributed Power 都设为 0.5W； 击 OK 结束对话框 ； 选中 Daughter Board Socket，鼠标右 键菜单中 选择 Pattern，将 X pitch 设为10mm， Number in X 设为 4，单击 OK 结束对话框 ； 按住 Ctrl 键选中 生成的前 4 个 Daughter Board Sockets， 按 Ctrl+D 在原位置生成 4 个一模一样的子卡。 这时软件会自动选中新生成的 4 个子卡， 右 键单击 X 方向的 位置调节拉杆 （蓝色小方块），使用 Move By 功能向右移动134m
25、m；由此完成 2 套 4 块子卡系统的建模。 - 21 - 此时模型如下图所示： 步骤 5：建立 磁盘驱动器 磁盘驱动器 的创建也比较简单 ，首先创建 磁盘外壳 为其定位，使驱动 器 安置其中。此处模型采用 2 个 2.5”的硬盘驱动 器 。 展开 Model Tree 中（ FFL， Blade Enclosure）节点 ； 点击图形显示区右侧模型工具栏中的 New Drive Bay 图标 ； 将 Drive Bay 的 Manufacturer 更名为 FFL， Model 更名为 2.5” Drive Bay； 展开 Geometry 节点，并将 Height、 Width 和 Dep
26、th 分别设 为 19.8m、 80mm和 102mm； 展开 Placement节点并将 X、 Y、 Z Location分别设为 11.5mm、 2mm和 408.5mm； 点击 OK 结束对话框， Drive Bay 创建完成 ； 展开 Model Tree 中 DB 1 (FFL, 2.5” Drive Bay)节点 ； 点击图形显示区右侧模型工具栏中的 New Drive 图标 ； 展开 Geometry 节点，并将 Height、 Width 和 Depth 分别设为 14.8m、 70.1mm和 100.2mm； 在 属性表的 Construction 面板下将 Mounting
27、 Rails 设为 Yes，将 Mounting Rail Material 和 Drive Material 都设为 Steel， Mild 将 Thermal Design Power 设为6W； 点击 OK，结束对话框 ； - 22 - 点击 Drive Bay 并右击鼠标选择 Copy，选中 Model Tree 中（ FFL， Blade Enclosure） 右击鼠标选择 Paste。或者使用原地复制功能：按 Ctrl+D 在原地生成和选中物体相同的复制件； 选中新建的 Drive Bay，并将 Placement 面板下的 X Location 设为 91.5mm； 此时模型如下
28、图所示： 保存模型 。 步骤 6： 建立 测试间 服务器垂直安装于大箱体内，箱体供应冷却气流，在仿真中我们需要选择一种方式既可以包含这一作用又无需再建立一个更大的箱体。我们可以使用 Test Chamber，他能提供系统所需的气流。 Test Chamber 可视为类似于仿真风道，它能为我们的模型提供多种流动状态和其他边界条件。由于主系统的风扇安装在服务器之后， Test Chamber 将设置为从箱体背面抽取空气。 选中 Model Tree 中 Blade Server Tutorial 节点 ； 点击图形显示区右侧模型工具栏中的 New Test Chamber 图标 ； 展开 Geom
29、etry 节点，并将 Height、 Width 和 Depth 分别设为 50m、 183mm和 600mm； 展开 Test Chamber 节点，显示其 6 个面 ； - 23 - 选中 Test Chamber Rear Side，并将 Side Type 设为 Prescribed Flow， Flow Type设为 Outflow，将 Flow Speed 设为 1m/s； 选中 Test Chamber Front Side，并将 Side Type 设为 Open， Environment 设为Test Chamber Open Environment； 选中 其他 Side：
30、 Test Chamber Left、 Right、 Top 和 Bottom Sides 保持 默认的Side Type 为 Symmetry； 这时 Chassis 将被软件自动放到 Test Chamber 节点 下， 成为 Test Chamber 的子模块 ； 展开 Placement 节点并将 Z Location 设为 45mm； 保存模型。至此， 系统模型创建已完成，此时系统模型如下图所示： 步骤 7：计算 为确保仿真计算快速进行，我们需限制计算求解的网格数量。 在模型树中展开 Solution Controls 节点 ； 在属性表中展开 Grid 节点，并将 Cell Cou
31、nt Target 改为 100000； 点击 Verify Modeling 将实行模型检查，以查询模型中是否存在错误并将在属性表的 Solution Controls/Grid 中更新网格生成信息 ； - 24 - 点击工具栏上的 Predict Temperature 图标 ，打开 CFD Progress Window，点击 Start 开始求解。 当 CFD 求解器运行时，计算过程将在 CFD Progress Window 的不同显示窗口中显现。当达到设定的收敛准则时，求解器将自动停止计算。运行最后得到的 Component Temperature 窗口如下图所示： Compone
32、nt Temperature 曲线表明求解初始阶段的前几步迭代芯片温度升高，在下降并最后成为一条水平线之前的迭代步内上下波动 。水平线（或近似于水平线）表明元件的温度不再随步长变化而改变即 求解收敛。 在 下图的 CFD Solution Residual 窗口 中 看到求解过程中数值误差的降低。当数值误差到 Residual 量级 1 时，求解自动停止。 - 25 - 在求解过程中，点击取消（ Cancel） 键能让你中断求解，让你查看流动如何发展。 如果想继续 求解可以 再次点击 Predict Temperature 图标 。 此时， CFD Pr-ogress Window 给出两个选
33、项： Continue 继续计算（在求解中断后，模型并未发生变化或微小变化） ； Restart 重新计算（模型发生重大变化） ； 当求解完成，关闭 CFD Progress 对话框，保存模型。 步骤 8： 查看后处理 结果 点击多视图工具栏中的图标 ， 将显示与 PCB 相关的物体的后处理结果。在列表中选择 Surface Temperature，将显示所有 PCB、芯片、散热器和其他位 于它们 表面上 的物体的表面温度： - 26 - 双击 散热器区 生成其独立视图，可以 看到散热器尤其是第一个截断口之前的冷却翅片温度的不同。 - 27 - 点击多视图工具栏中的图标 ，在列表中选择 Mea
34、n Chip Temperature。 我们也能创建一个图示来比较芯片温度和 Chip 属性表内设定的最大容许温度。 点击多视图工具栏中的图标 ，在列表中选择 Over Simplified Chip。下图显示了所有在它们 最高 容许 温度 之上 的芯片和元件，在图中 以 红色 显 示。低于指定温度 5以下的 则以 绿色 显 示，两者之间的呈橘黄色标示。 5范围为 Desired Safety Margin 默认设定值，可以在模型树 Chassis 属性表中Resilience Criteria 节点 下 进行 自定义 。 步骤 9： 创建并求解新的环境 - 28 - 选中 Version T
35、ree 标签，使它在模型树标签的前面显示； 在 Baseline 0 上右击鼠标，选择 Create New Version 并在 Lable 对应的面板上输入 2m/s，表明这一环境在 风速 为 2m/s 时运行的 ； 点击 OK，结束对话框 ； 点击 Model Tree 将它切换到视图的最前面； 展开 Test Chamber 节点显示 Test Chamber 的 6 个面； 选中 Test Chamber Rear Side 并将 Flow Rate 改为 2m/s，来计算风量增加一倍的时候芯片的温度变化； 点击工具栏上的 Predict Temperature 图标 ，打开 CFD Progress Window。 由于 Baseline 0环境的结果已经有了，可以选择 Continue开始继续之前的求解，也可以 Restart 重新求解。在此例中，选择 Continue 可以更直观 的 看到计算过程中芯片温度的改变。点击 Continue 开始求解。
