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.EFD8.2焦耳加热概述ByronBlackmore.焦耳加热特点:•软件能够计算导电固体稳态直流电。•自动计算相应具体的焦耳加热效应，并包括在热交换计算中。•材料的电阻率可能具有各向同性、各向异性或随温度而变化。•只有导电固体如金属与含金属物质的复合材料才能计算电势和电流。—固体电介质，半导体，流体和无效区域，无法计算电势和电流。.焦耳加热优点:•汽车和电子产品中焦耳加热效应是非常重要的物理现象,EFD为许多这样的应用提供解决方案。（如电机控制单元或配电架）•当加热效应并非为过程中的设计目的时，EFD能精确模拟产品应用的物理过程。（如变压器上的负荷损失）•EFD提供解决方案，模拟焦耳加热对PCB走线影响的模型。.焦耳加热-求解•稳态电势（电压）场由拉普拉斯方程决定。—该方程应用于物理学的许多分科中，同样也用来解决稳态传导和势流问题。•通过电压值和电阻率计算得到电流密度（A/㎡）。•通过电流密度和电阻率计算得到焦耳热量。–Q=I2R=(A/m2)2·(Ω·m)=W/m3.电气条件下的焦耳加热•在输入数据体系中给定的电气条件，作为求解拉普拉斯方程的边界条件。•任何边界面，如果没有给定电气条件，默认为I=0。•除非定义了接触电阻，否则假设两边界面之间是理想的电接触。•电压–常数–频率(时间)•电流–输入—常数—频率(时间)–输出–常数–频率(时间)•接触电阻–电阻–材料和厚度.焦耳加热——材料优点：•现可将材料定义为–绝缘体。无需进一步输入参数。–导体。必须定义电气电阻率•选择导体–各向同性或各向异性—各向异性要求热传导系数也应具有各向异性。–常数或随温度变化。.焦耳加热——实例•实例–在指定界面间定义5毫伏的电压降–其他界面没有给定电气条件（预设I=0）–物体块为铝制（定义为导体）5mV0mV.焦耳加热——电压.焦耳加热–电流密度.体积焦耳热量.温度.焦耳加热——PCBs•主要目标–确定走线最高温度设计受到FR4的玻璃传导极限（为110℃）或焊料完整性的设计限制–确定所需走线宽度以避免产生热问题–确定允许的最大电流–确定所沿走线的电压降0mV1A.焦耳加热——网格化问题0mV1A.焦耳加热——网格化问题0mV1AUseCADGeometry:ONUseCADGeometry:OFF.焦耳加热——网格化问题1A.焦耳加热——网格化问题UseCADGeometry:OFFUseCADGeometry:ON.焦耳加热——网格化问题在与网格坐标不对齐的走线截面上，至少要保证有5个网格，由于无法保证所有走线部分都满足这一要求，因此需要进一步检查。.焦耳加热——网格化问题MeshSensitivity00.511.522.533.544.550510152025#ofcellsacrosstraceJouleHeating(Watts)00.10.20.30.40.50.60.70.80.91VoltageDrop(Volts)JouleHeatVoltageDrop.焦耳加热——交流计算•由于EFD对稳态方程进行求解，所以直流电的计算是可靠的。•交流电（AC）的计算可能要忽略一些重要的物理现象，而且必须考虑到它的“准稳态”特性。EFD无法捕捉到“趋肤效应”。在瞬变应用过程中电流趋向电线表面附近流动。因此，趋肤深度显示电流密度减少63%。.焦耳加热——交流计算•趋肤深度定义为:–δ=√[2ρ/ωμ];当:–δ=趋肤深度(m)–ρ=电阻(Ω·m)–ω=角频率(rad/s)–μ=绝对磁导率(N/A2)•材质为铜，公式转化为δ=0.066/√f–f=频率(Hz)•频率为233MHz的信号,δ=13.7微米….其他工具•FLOTHERM–输入电阻和电流/电压–设定立方体导电长度（X0,Y0,Z0或“最长”），所有焦耳热量均来自于此–均匀分布于物体内•ICEPAK–类似FLOTHERM，但是其“立方体”在形状上更为复杂些…它仍是一维解决方案•CFDESIGN–不清楚，但“怀疑”它也是应用于一维；可能比FT或IP支持更多几何形状.其他信息数据验证：•请登陆的德语文章：•请登陆=4865