Thermal Desktop简介

　　Thermal Desktop是一个利用抽象网络、有限差分和有限元模拟方法的、能让用户快速建模、分析和后处理复杂热/流体模型的软件工具。Thermal Desktop是世界上第一款专门为热工程师设计的软件工具包，既保留了传统热分析中的真实曲面、精确的曲体单元属性计算、自由指定的模型规模（节点数目）等优势；又结合了当前热模型直接利用CAD模型产生的流行趋势，能完全利用CAD模型和CAD建模工具快速准确地产生热模型。

Thermal Desktop软件利用了autoCAD软件强大的建模和编辑功能，热模型的建立可基于CAD或FEM模型，能直接利用鼠标抓取关键点创建热单元，能利用拖拉功能编辑模型，您甚至不用手动输入也能快速准确地建立热模型！

尤其重要的是—— CAD设计师更改模型后，热模型能自动更新，或能以手动拖拽控制点的方式使控制点自动咬合在新位置点处，从而实现了对已有热模型的利用和快速调整功能！这样热工程师不必再拖工程的尾巴，能开展与CAD设计师、FEM分析师同步的热设计、热分析工作。
SINDA/FLUINT是一款集成了有限元（FEM）强大前后处理功能、有限差分（FD）真实曲面（曲体）单元和自由指定的节点数目、等式求解器快速和自由逻辑控制等优点的热设计、热分析软件；
SINDA/FLUINT是一款热工程师只需建立一个模型，即可以生成计入有限元（FEM）导热、真实曲面（FD）热辐射、风冷和液冷、压缩循环、线面接触热阻、隔热材料等热工程师最关心、也最棘手的热物理现象在内的强大热分析软件；
SINDA/FLUINT是世界上最强大的1D热工水力设计分析软件，不仅能模拟风冷等开式流动，而且对工程中最常用的、也是其它3D CFD软件望而却步的、有着大量弯头、阀门、泵、三通等设备的、使用高压、两相、多组分流体工质的管流和槽道流动网络的热模拟尤为强大和实用。
SINDA/FLUINT也是世界上将软件设计的“智能性”发挥得最好的一款软件。在用户手中，热分析和热设计不再是“一问一答”机械性的唱和，软件能自动帮您完成尺寸和布局优化、能让您在参数尚未完全确定前即可开始分析，并能在您指定的众多变量的可变动范围内，找出系统最优的解答，找出极端工况（设计工况），进行可靠度、敏感性分析等。
SINDA/FLUINT软件在美国航天界应用历史已有40多年，是美国航天标准软件，软件在航天器热控、液体推进、低温制冷、压缩循环、热管、节流致冷、半导体制冷、多相流、烧蚀模拟等诸多方面代表了国际仿真的先进水平，软件荣获了1991年NASA Space Act Award（美国航空航天贡献奖），目前，世界上任一参加国际空间站合作项目的国家和组织必须采用SINDA/FLUINT进行热设计。

　　Thermal Desktop能生成SINDA/FLUINT（C&R公司热求解器）的输入文本，用户也能在Thermal Desktop的Case Set Manager内直接调用SINDA/FLUINT，而不必与两个软件模块间的接口界面打交道。 Case Set Manager通过简单的鼠标操作管理热导计算、辐射分析设置、流体流动网络生成、SINDA求解器设置和后处理调用等事宜。并提供多案例批量设置和顺序执行功能，这大大简化并加速了大模型的自动分析工作。Case set manager同样使得用户能利用SINDA/FLUINT 的高级设计模块完成设计优化、实验数据修正和可靠度工程分析等工作。

　　Thermal Desktop软件的设计目的是提供给用户基于图形界面的参数化分析工具。面型参数、组件位置、光学和材料热物理属性、网络单元和轨道数据等输入都可以用数值或用户自定义的变量表达式形式指定，参数化的行业分析和优化也非常容易实现，尤其是采用Case Set Manager管理模型时。Thermal Desktop与SINDA/FLUINT具有革命性意义的动态联结（6M avi动画）使得SINDA/FLUINT能直接控制图形界面的Thermal Desktop，这样在运算过程中就能完成布局和参数调整、重新计算辐射换热系数、热流率、导热、热容等参数。采用SINDA/FLUINT求解器，包括光学属性和几何尺寸在内的几乎所有的设计变量现在都可以实现优化。热模型能自动根据实验数据修正，改变包括热容、热导和辐射系数值在内的所有相关参数。给出的优化内容可以包括诸如电控箱或电子元器件的理想布置位置、辐射器的最佳尺寸、最小重量——以及以前很难优化的辐射设计变量。

　　Thermal Desktop可以作为一个独立的、基于微机系统的CAD程序或作为AutoCAD软件的拓展模块提供给客户。CAD软件强大的几何生成技术可以被用来制作热模型。可自定义的下拉菜单、工具栏、对话框等使得热模型的建立和分析能直接在AutoCAD环境下完成。因此，Thermal Desktop软件的使用者需要具备一些基本的CAD知识。

　　Thermal Desktop能分析包括3D曲面、规则的MxN单元和多面单元在内的热模型。这些曲面能直接创建、或用各种各样的单元生成命令，例如旋转面、衔接面、多边形补丁面等完成。Thermal Desktop对曲面的要求并不像其它热分析软件那样局限，可以是非二次曲面。 Thermal Desktop同样能输入、显示和分析现有的 TRASYS、TSS、NEVADA、IDEAS FEM、FEMAP和NASTRAN模型。

　　Thermal Desktop包括一些自有的曲面类型，它们兼备CAD曲面与TSS/TRASYS/NEVADA型曲面的优点。复杂的二次曲面能通过多节点细分形式创建。这些特殊的曲面具有抓取点（控制点），能被快速选中并直接进行曲面几何的拖拽调整，抓取点和咬合特征使得基于CAD环境的热模型建立过程非常简单、但功能强大。

　　RadCAD是Thermal Desktop软件的子模块，用于计算辐射换热系数和轨道热流率。FloCAD是Thermal Desktop软件的另外一个模块，能产生流动网络和计算对流换热系数。“Thermal Desktop”这个称呼通常用来代表Thermal Desktop和它的集成模块，但是，RadCAD和FloCAD也能单独授权，以满足用户优化配置资源、实现自己特定要求的需要。

　　RadCAD是Thermal Desktop的辐射分析模块，是一个超快速度的、oct-tree加速的、基于Monte-Carlo光学追迹算法的辐射计算软件。RadCAD计算辐射交换系数和角系数。C&R科技公司对光线追踪过程的创新处理造就了一个极其高效的热辐射分析软件。独一无二的步进辐射率算法（progressive radiosity algorithm）已经被用于基于角系数数据计算辐射换热系数。RadCAD同样在热流率计算中集成了步进辐射率算法，并取得了更快的计算速度表现。内部数据库文件的自动压缩和解压缩减小了磁盘空间的占用。在中等速度的桌面计算机（PC机）上已经能完成大模型的复杂热分析工作，在性能上甚至超出了基于UNIX系统的工作站。

　　FloCAD是Thermal Desktop软件在CAD环境下，建立流体换热与3D热模型间耦合关系的软件模块，FloCAD能模拟流动回路、模拟安装在PCB板、芯片、翅片等设备表面或内部的风扇、换热器等流动散热单元。软件包开发的最初目的是为了满足电子设备热设计的需要，但是由于它结合了强大、通用的热工水力求解器——SINDA/FLUINT，所以FloCAD同样在其它领域适用。

其它软件工具存在的问题：

为什么Thermal Desktop与众不同

　　Thermal Desktop并不是唯一一款能计算SINDA软件所需的热容、热导、辐射换热系数、热流率的软件工具。但是，与其它工具比，它代表了功能上的革命。在以前的工具中以下问题是必须面对的：

缺乏直观的界面

没有当代CAD软件强大的建模功能

不能很好的利用CAD设计师的几何模型

热分析软件的选择受制于公司所用的CAD软件

不能很好的利用力学分析的FEM模型

建模方法适用于力学分析，但不适用于热分析

不能同时处理多案例问题

速度太慢

　　Thermal Desktop采用了独一无二的、革命性的用户界面和新思路、新算法解决了以上问题，并且真正地将它与以前的工具区分开来。

问题 #1:
没有当代CAD软件强大的建模功能和直观漂亮的后处理显示功能

　　一些老版本的程序并未提供任何交互性的图形化建模和验证显示功能，只能通过“手工”构建ASCII码“卡片“类型的模型，且需要独立的程序查看和后处理模型和计算结果。

　　许多其它的程序的确提供了交互性的建模工具，但根本没能利用上CAD软件强大的建模和调整功能，如布尔操作（例如移除板上的一个孔）或者旋转和拉伸曲线。

　　Thermal Desktop 软件的解决方案：建模、显示、模型验证、辐射换热系数和热流率计算以及计算结果后处理等工作完全在Thermal Desktop图形界面下以交互方式完成，而且在一个软件内就完成了所有工作（不需要多个软件各自计算后再整合），用户可以完全采用过去熟悉的基于曲面的建模方法，也可利用强大的CAD建模工具所拓展的建模功能。

问题 #2:
不能同步开展工作——模拟工具并不适合热分析

　　在少有的几个能提供交互式建模和CAD几何功能的软件中，也都是将圆头螺钉硬往方孔里塞的软件：专门给结构工程师设计的方法并不完全适合建立热模型（对结构有重要影响的精细结构对热的影响并不重要、基于有限元平面单元和实体单元的热模型或者丢掉了辐射计算的曲面精度和曲面实体质量、热容等属性的统计精度、或者产生过多细碎的单元，使得辐射计算难以进行），尤其要命的是，当设计改变后，热工程师必须从头再来。

　　热工程师一直被扔在同步工程的框架之外，那里是CAD和面向结构分析的FEM软件的天下。许多热工程师事实上已经主动放弃使用集成化分析工具，部分原因是由于使用结构分析软件进行热分析给人留下的糟糕感觉(1)。另外，还由于这些工具也并不能适应设计的快速变化。

　　Thermal Desktop 软件的解决方案: Thermal Desktop软件开发组认识到热工程师并不一定就是CAD设计师或结构分析师，但是热工程师需要和CAD设计师和结构分析师一起工作。Thermal Desktop基于的CAD软件环境支持IGES格式，热工程师能直接调用设计师的几何数据，但是，不同于其它软件，Thermal Desktop并不是强迫热工程师必须直接使用这类输入文件，而是赋予了热工程师更强大的功能——在已有模型基础上根据关键点快速准确地建立有真实曲面和曲体单元存在的热模型。当设计改变后、此类热模型能根据新几何体方便快速的进行拉伸变形调整而不会损失任何输入数据。用于热设计的CAD制图能与热模型在外部链接，当设计制图变化后能自动更新热模型。当然，设计几何中任何已经适合热模型建立的部分都能被直接使用（能用FEM方法直接产生热导热容的地方）。

问题 #3:
与公司选用的CAD系统不兼容

　　热工程师很少生成CAD机械制图，更不太可能在他们公司选配CAD软件系统时发挥影响，所以，为什么要让公司选择的CAD系统控制住热工程师想选的热分析软件呢？许多热工程师往往为此陷于不太舒服的境地，要不接受上面所讲的有些“挤脚”的基于有限元的热分析工具，要不用使用独立的热分析工具创建热模型，避免不了的是随之而来的测量尺寸、确定方位、计算统计等一大堆让你头痛不已的事，而且设计变化后，你还要从头再来！

　　Thermal Desktop 软件的解决方案：Thermal Desktop软件开发组认识到热工程师不大可能会影响公司对CAD软件的选择，但同时也理解热工程师被公司寄予厚望——能与CAD设计师和结构分析师同时开展工作。因此，Thermal Desktop软件提供了与其它CAD软件交互几何模型的工具（借助于IGES或DXF文件），同时在软件的功能设计上也使得热模型能动态的随设计的改变而改变、而不丢失已有的热模型数据。

问题 #4:
与有限元 FEM 的不兼容

　　有限元方法主导着结构分析领域，经常地，热工程师必须与结构工程师携手处理热应力或热应变问题。但这并不意味着热工程师不得不使用同样的结构分析模型。虽然他或她必须提供有限元节点处的精确温度，但是靠大规模的求解给出每一点的温度值的办法也太没有效率了。

　　目前可用的热辐射分析工具与有限元方法并不兼容 (2)，这些软件要求热流率和辐射换热系数基于单元的中心点。因此需要有从中心点到有限元节点的插值方法。更糟糕的是，一些软件要求热模型的单元划分首先要满足结构分析的需求，根据这种要求产生的热模型的确有些“费力不讨好了”。例如，在一个近乎等温的应力集中区若存在过细的单元划分，将使得系统级热计算不能进行，或者至少使得参数敏感性分析变得不切实际，而这类“如果...,会...”问题的研究对热工领域而言是非常重要的，因为模型中存在的不确定性与系统级能量流动强烈地影响计算结果的准确性。

　　Thermal Desktop 软件的解决方案： Thermal Desktop软件设计伊始就是为了能与有限元模型直接兼容，但同时还要避免传统的热分析软件在给出面向结构模型的温度分布时所出现的不兼容和插值问题，以及用结构模型作为热模型所表现出的低效率问题。Thermal Desktop 同时支持有限差分和有限元模拟方法（在一个模型中可搭配使用），并将开发出新的模拟方法专门用于耦合的导热/对流/辐射换热问题。

问题 #5:
不能模拟非确定参数系统和多案例问题：可怜的利用率

　　早期的批处理程序、甚至是新一点的图形界面软件（非专门为热工程师设计）存在的一个问题是：在一个模型内不能完成变参数和多案例分析。材料属性、光学涂层（参数不确定或出现退化）的变化很难用简单一致的办法加以描述。

　　在没有备份模型、或使用更多的精力保证模型能跟得上设计变化的前提下，用于某一分析目的的几何模型很难再在其它地方得到重新利用（如进行尺寸优化或布局优化时），但即使这样做了也同样存在问题。例如，在同一模型中同时计算同一个密闭腔室的内外辐射换热系数是低效率的，但分别建立各自的模型—一个用于内部辐射、一个用于外部辐射，同样也没效率。

　　Thermal Desktop 软件的解决方案：Thermal Desktop 软件为解决以上问题提出了几个新的用户界面思路，例如："analysis groups" 能被用来帮助用户打开或关闭部分几何模型（很有用哦），包括模型附带的活动面（active side）显示信息等。"Layers" 能被用来控制可选几何体。属性假名功能（Property aliases）能允许用户以材料名称和（或）仪器名称形式定义光学物性，这使得热工程师能以一致的方式快速更新模型物性数据、共享控制数据、进行可选方案分析。

问题 #6:
速度：明摆的局限

　　耗时问题困扰着大多数热辐射分析软件，为了完成大多数工程应用中常见的有大量表面的热辐射过程分析，用户要么放弃模型的有用细节、要么忍耐计算的慢速。一但一次计算就要几天或几周才能完成，热工程师也就很快成为整个产品设计循环的瓶颈了（您应当体会过这种滋味）。

　　Thermal Desktop 软件的解决方案： 即使不考虑由于将不合理的热模型合理化在系统级别上所带来的显着的计算速度增加，RadCAD在辐射计算速度上的快速仍然值得称道，或许它是世界上可用的热辐射分析软件中最快的，并且它的求解时间不会随着表面数目增加而呈几何级数增加。在PC机上求解能在几分钟内完成，而不是在大型服务器上的几个小时。

　　除了具有专利的蒙特卡罗光线追迹方法的改进外，RadCAD也提供了建立辐射模型的多种新方法，包括熟悉的二次曲面到复杂的固体模拟。在一个模型内可以使用一种或多种工具完成建模，各自体现了每一种方法所具有的独一无二的优点。

输入/输出

　　作为现有TRASYS用户的辅助，Thermal Desktop提供了TRASYS几何和物性的输入/输出功能。Thermal Desktop同样提供了NEVADA和TSS模型的输入功能。

输入FEM模型

　　Thermal Desktop允许用户利用现有的NASTRAN、IDEAS或FEMAP结构模型创建热模型。

用Thermal Desktop曲面

　　如同TRASYS一样，Thermal Desktop提供了锥面、柱面、圆盘、矩形面、球面和抛物面等几何曲面，能根据长、半径等基本尺寸创建几何模型。

　　这些曲面能通过指定尺寸输入，也能通过鼠标选择的“抓取点”，在屏幕上直接完成延展、收缩、旋转等操作。锥面的鼠标抓取点如上图所示。当鼠标移动时，不同点将控制锥面的不同变化。这些抓取点是构成Thermal Desktop曲面的关键，曲面能以“咬合”的方式附着在更复杂的CAD制图上，不必用这些制图直接作为辐射模型。

使用现有的或输入的CAD制图

　　2D或3D CAD制图，无论输入的还是内建的，都能被用来辅助Thermal Desktop建模。有几种方式利用这样的制图。首先，制图的全部或部分能被直接用作热模型的一部分，可直接选择曲面并指定 Thermal Desktop热模型数据，包括节点和属性信息等。或者，制图直接作为模板，Thermal Desktop在其上抓取关键点生成曲面。例如，用户能在制图上选择主要的尺寸点，生成一个大致的 Thermal Desktop曲面，然后用抓取点拖动曲面到制图的目标点。曲面所基于的CAD制图（至少那些在RadCAD模型中没有使用的部分）可以留在热模型内、删除或隐藏到另外一个不可见的图层。这样，准确的热辐射模型能在不知道确切的尺度值的情况下快速建好。如果设计发生变化，制图可再次输入，Thermal Desktop模型能根据需要延展或收缩以匹配新尺寸。

用自带的 CAD 建模方法

　　如果工程师熟悉CAD制图方法，如旋转曲线、布尔操作、衔接面等，可用它们直接在Thermal Desktop中产生几何。这些几何曲面可在辐射模型中直接使用，或者（包括任意生成的线、弧线和点）作为RadCAD曲面生成基于的模板。

利用率强化新思路

分析组（Analysis Groups）

　　RadCAD中最强大的新思路之一就是分析组。任何曲面、包括指定的活动面，能在不同的分析组中任意多次的归组。当辐射计算（角系数、辐射换热系数、热流率）启动后，运算只是基于当前活动的分析组。这既节省了时间也方便了模型的管理。例如，考虑下面的简单模型，

　　盒子内部的辐射能被指派到分析组"internal"，但同一曲面（有不同的活动面）能被指派到不同的分析组"external"。这允许完成两个快速的分析，而不是求解合成案例或保存两个截然不同的模型。（好处之一是避免重复建模，好处之二是事先排除那些与当前辐射组无关的曲面，求解器就不会再进行白费力气的判别，提高了计算速度）。

　　分析组同样有其它的用途。例如，它们能使得用户在同一几何模型中保有备选方案和备选组件。它们同样也能用于模型检查和后处理时对象的指定。（还有就是小卫星从航天飞机的释放、遮光罩在轨抛弃等瞬态过程模拟）。

属性库和假名（Property Database and Alias ）

　　表面光学属性（太阳吸收率、红外发射率、镜度等）能以数字形式输入，也能以用户指定的名称（如"white paint"、"aft canister"）形式间接输入。这些名字能指向用户控制的数据库内特定的物性，或者它们能指向一个假名。属性假名能帮助用户在高层次上以极少量的工作重新指定涂层或物性。例如，使用这里给出的假名管理器（alias manager），用户能将所有用作“radiator”的组件的光学属性改为"white paint"。

　　与软件快速数据库交换能力（如用其它类型的白漆替代现有白漆）一起，假名功能提供给用户一个能快速进行多方案分析、设计比对、特殊工况分析、材料退化影响评估的强大工具。

对照树（Correspondence Trees）

　　另外一个Thermal Desktop的革新是树状分支的节点管理器，用于处理可能会用到的Thermal Desktop曲面和SINDA节点间的对照和匹配问题。（在输出到SINDA之前，对照树可以用来收集一个或多个节点的参数值，便于管理和查错），这个直观的表格（如上图）提供了快速的视觉化数据处理功能（如在当前屏幕只显示指定节点），这一点在老旧的分析软件中很难做到。在Thermal Desktop后处理SINDA结果时，节点间的对照功能自动保持。

累积精度（Cumulative Accuracy）

　　RadCAD 允许用户在看过初步结果后，进一步在现有基础上提高光线追踪分析的精度。程序将自动检查并判断是否存在使得模型原有结果不再能被利用的修改。（用于辐射换热系数、辐射外热流、线面接触热阻计算；除非优化过程需要，软件一般在进行动态分析前，一次性完成这些耗时计算）。

线面接触搜寻（Linear/Surface Contact Ray Tracing）

　　其它软件计算线面接触热阻时需要用户直接给出接触长度/面积值，但RadCAD允许用户仅告知两者存在接触，然后由程序自动计算实际接触长度/面积。这对不规则形状线/面接触分析非常有用。

超级节点/网络（Super Node/Network）

　　用于降低热模型复杂性的强大工具，如处理导入的FEM大模型时，部分节点可归入Sub Network，其热容、导热/对流/辐射关系网可自动归入Super Network中相应节点，实现了FEM结构模型的“热”合理化，提高了计算速度；同时也保持了节点对应关系，便于进行瞬态热应变分析。

性能与功能

RadCAD 功能总结：

TRASYS输入/输出、CAD建模功能、以CAD制图为模板的抓取关键点建立RadCAD曲面的高级方法；

计算角系数、辐射换热系数、吸收的辐射外热流；

可变的镜度；

可选择的求解方法：加速蒙特卡罗光线追迹方法或步进辐射率算法；

模型验证工具（如哪些面是活动面，热光学物性值彩图显示等）；

后处理（角系数、辐射换热系数、热流率、SINDA温度等）；

轨道定义和视觉化；

角度依赖的属性；

利用关节构造的可运动几何体（对日、对地、对星指向）

RadCAD计算时间（例子）：

输入TRASYS模型：在奔腾200Mhz 计算机上计算364个节点模型的太阳直射、地球反照和红外辐射轨道热流率用时111秒。包括所有的内部操作（oct-tree设置、数据生成等），使用RadCAD独一无二的步进辐射率算法，误差自动限制在5%以内。

金字塔积木：在奔腾200Mhz 计算机上计算256个面模型间的辐射热导用时192秒，包括所有的内部操作。使用每节点10000根光线的完整蒙特卡罗光线追迹法。
　　　　　　　　　　　　　

免费评估版

　　我们理解您在采用新的工程分析工具前所表现出来的犹豫，但是我们相信Thermal Desktop值得您花时间安装和测试。免费评估版的Thermal Desktop非常强大，允许使用所有功能，但只能对最大25个节点的模型进行求解。

　　1. 事实是：能得到温度分布的软件并不一定就是真正的热设计工具！

　　2. SINDA/FLUINT，相反，与FEM并不兼容，但是，它是一个等式求解器，能被用来求解集总参数公式、有限差分公式、有限元公式或以上的组合。