這是一份針對常用熱流模擬軟體 (CFD Software) 的深度介紹與比較。
由於您具備資深專家的背景,這份分析不僅僅是列出功能,更會從**「核心演算法 (Solver)」、「網格技術 (Meshing)」以及「工程實務適用性」**三個維度進行剖析。這份資料非常適合作為技術選型報告或教學素材。
在電子散熱領域,市面上的軟體大致可分為兩大派系:「電子散熱專用 (Electronics Cooling Specific)」 與 「CAD 嵌入式/通用型 (CAD-Embedded / General Purpose)」。選擇哪一套,取決於產品開發階段與幾何複雜度。
地位: 電子散熱領域的「業界標準 (Industry Standard)」。
核心技術: 採用 Cartesian Grid (笛卡爾直角網格) 與 Finite Volume Method (FVM)。
特點:
速度極快: 因為網格是正交的,求解速度極快,非常適合系統級 (System Level) 像是伺服器機櫃、PC 整機的模擬。
SmartParts: 內建豐富的電子元件庫 (風扇、散熱器、PCB、晶片),像堆積木一樣快速建模。
缺點: 對於「曲面」或複雜機構的幾何失真較大(雖然有 Localized Grid 可修補,但仍不如非結構網格精準)。
適用: Server, Datacenter, PC, NB 等標準機構產品。
地位: 與 Flotherm 分庭抗禮的強大對手,依托 Ansys 強大的多重物理耦合能力。
核心技術: 基於 Fluent 求解器,採用 Unstructured Mesh (非結構化網格)。
特點:
幾何保真度高: 能夠完美貼合圓柱、導風罩等複雜曲面,網格品質極高。
多重物理耦合: 可直接將溫度場數據導入 Ansys Mechanical 進行熱應力 (Thermal Stress) 分析,預測板彎翹曲。
缺點: 網格生成 (Meshing) 難度較高,對「破面」容忍度低,前處理耗時。
適用: 手持裝置、複雜曲面散熱器、車用電子、需做熱應力分析的產品。
地位: 機構工程師 (ME) 最愛,強調「在 CAD 裡做模擬」。註:SW Flow Sim 的核心即為 FloEFD。
核心技術: Immersed Boundary Method (沉浸邊界法) + Octree Mesh。
特點:
無縫整合: 直接使用 SolidWorks/Creo 的 3D 檔,無需轉檔 (STEP/IGES),設計變更後免重新畫網格。
網格容錯率高: 能夠自動處理機構件的干涉 (Interference) 或微小縫隙,非常適合結構複雜的產品。
缺點: 對於電子元件的專業參數設定(如雙熱阻模型)較不如前兩者直觀,且求解時間通常較長。
適用: LED 燈具、戶外監控、機構件導向的散熱設計、快速設計迭代。
地位: Siemens 為了融合上述兩者優點而推出的產品。
核心技術: FloEFD 的核心 (CAD 處理能力) + Flotherm 的介面 (電子散熱庫)。
特點: 解決了 Flotherm 處理曲面能力弱的問題,同時保留了電子散熱的專業資料庫。
適用: 同時需要處理複雜機構與精密電子元件的產品(如高階顯卡)。
特性
Flotherm (Classic)
Ansys Icepak
FloEFD / SW Flow
網格技術
笛卡爾直角網格 (Cartesian)
非結構化網格 (Unstructured)
沉浸邊界 / 八叉樹 (Octree)
幾何處理
弱 (需簡化為方塊/圓柱)
強 (貼體網格)
極強 (直接用 CAD)
求解速度
⭐⭐⭐⭐⭐ (最快)
⭐⭐⭐
⭐⭐⭐
學習曲線
低 (易上手)
高 (網格技巧難)
極低 (適合 ME)
多重物理
弱 (專注熱流)
強 (熱+應力+電磁)
中
適合階段
概念設計、架構評估
詳細設計、最終驗證
機構設計同步分析
主力領域
伺服器、網通、PC
手機、車用、IC 封裝
LED、家電、航太
如果你是做 Server / Datacenter:
首選 Flotherm。因為系統龐大,元件多為標準方塊,追求的是「算得快」,以便進行幾十種配置的 DOE (Design of Experiment) 分析。
如果你是做 手機 / 穿戴裝置 / 精密封裝:
首選 Icepak。因為內部空間極其破碎,且多曲面,Flotherm 的階梯狀網格誤差太大。且通常需要結合 Ansys 算結構應力。
如果你是 機構工程師 兼做散熱 (或中小企業):
首選 SolidWorks Flow Simulation / FloEFD。學習成本最低,不用重新畫 3D 模型,可以邊畫機構邊看散熱趨勢,雖然精度略遜於專用軟體,但足以應付工程判斷。