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那些又爱又恨的热学公式

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如果对热学出身的同行们做一个调查,估计对于本家专业印象最深的就是那些各式各样的计算公式了,见到它们的时候总是似曾相识,写论文的时候也难以绕开它们,一提起来就觉得脑容量不足,这就是热学相关公式给人的最主要的印象吧。其中最著名的一组,样式对称工整,提出于19世纪,折磨了一代又一代热学从业人员,被列为数学界七大世界级难题之一,它就是Navier-Stokes方程,简称N-S方程。

 

 

2014年年初,有消息说,下面的帅哥——哈萨克斯坦数学家穆赫塔而巴伊·奥杰尔巴耶夫解决了七大数学千年难题之一——纳威尔-斯托克斯方程。为此他可获得百万美元的奖励。但只有数学界承认他所解的答案正确之后,他才能领到这笔巨款。

 

Jason当时听到消息以后很开心,这下好了,以后再也不用建模划网格了,把这个数学家的精确解输入到Excel就可以直接做设计了。但是直到今天,也没有再收到这个精确解的消息,不知道被证实了没有。

在没有通用的精确解之前,人们总结了好多特殊条件下的近似解法,在商业软件没有大面积推广时,这些近似解法的公式指导热设计工程师的工作。

如今,各种仿真软件大行其道,很多还是傻瓜式的,我们似乎终于可以远离那些讨厌的公式了,借助软件的数值解做各种设计。

然而,尽管我们对公式讨厌之极,但是却总有不能绕开它。比如以下这些极端的场景:

一、 方案评审会议上,专家团说,产品发热量降低X,散热器尺寸减小Y,风险如何?你会不会直接回答:各位专家,请等我两天去做个仿真,两天后大家再过来开会决策吧。如果你幸运,专家们的时间很自由,他们同意了,两天后再次评审,这回有人说,散热器不减小了,防护需要加强,进风口需要增加一个迷宫,问你风险怎么样,你有没有勇气再让他们等两天回来再评审?或者,你要求的受限风道无法保证,散热器翅片区域以外有漏风的情况,让你评估风险,要不要再延迟两天请专家回来开会决策?

二、 一个项目很急迫。比如Jason就遇到过,一组大型机柜需要设计更改,需要确认换风机规格和型号之后,IGBT的温度会到多少。当时涉及的机柜是28种(含不同功率单元的组合),项目组给的时间是——2天。当时公司只有两个热设计工程师,而且现配工作站和软件已经来不及了。Jason之好用半天的时间弄了个Excel,然后通过它计算,剩余的一天抽了一个样仿真验证,误差还在可控范围内。

 

熟悉一系列的公式无疑能辅助你完成很多高难度动作,但是道路是非常曲折的。比如热设计经常遇到的扩散热阻,Jason见到的公式就有四五种版本,而且用来计算的结果差异很大,如何用一些列算法的组合,获得一个靠谱的评估结果呢?敬请关注中国热设计网,中国热设计网公众号,我们后继会逐期讨论。

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