本文要點

在穩(wěn)態(tài)熱傳遞中，溫度是不隨時間變化的。

在瞬態(tài)熱傳遞中，溫度是隨時間變化的。

通過對電路板進行穩(wěn)態(tài)熱傳遞分析，而獲得的熱通量和溫度場圖像，可以幫助設計師優(yōu)化散熱片的幾何形狀和位置。

當把石子投進池塘時，水面會激起層層漣漪，之后又漸漸恢復平靜。在這個例子中，靜止的水面代表了池塘的穩(wěn)定狀態(tài)，而漣漪則代表了一種瞬時狀態(tài)。

所有熱傳遞過程都會先經(jīng)歷瞬態(tài)，最終到達穩(wěn)態(tài)；瞬態(tài)熱傳遞就好比池塘里的漣漪。

任何物理過程（例如振蕩、振動或熱傳導）都有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)。所有的過程在經(jīng)歷了瞬態(tài)之后，都會達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)。在穩(wěn)態(tài)熱傳遞中，溫度自始至終是恒定的；而在瞬態(tài)熱傳遞中，溫度隨時間而變化。

穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱傳遞的基本概述

熱傳遞是指，由于溫度差異，熱能從一個區(qū)域傳遞到另一個區(qū)域。熱量總是從高溫區(qū)域流向低溫區(qū)域。溫度梯度是熱傳的原動力，如果沒有溫度梯度，凈熱傳遞就等于零。熱傳遞有三種傳熱模式：熱傳導、熱對流和熱輻射。無論哪種傳熱模式，都有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)。

讓我們比較一下穩(wěn)態(tài)熱傳遞與瞬態(tài)熱傳遞。

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穩(wěn)態(tài)傳熱

如果傳熱具有特定的恒定傳熱速率，那么便是穩(wěn)態(tài)傳熱。穩(wěn)態(tài)傳熱可以是熱傳導、熱對流或熱輻射過程。

圖為使用Cadence Celsius Thermal Solver獲得的穩(wěn)態(tài)溫度場圖像，圖像中模擬了電子系統(tǒng)周圍對流和強制對流的影響。

無論何種傳遞方式，在穩(wěn)態(tài)傳熱中，其熱流率在任何時間點都保持不變。穩(wěn)態(tài)傳熱可以用溫度作為變量來描述；在穩(wěn)態(tài)傳熱中，在達到熱平衡后，系統(tǒng)的溫度不再隨時間變化。

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瞬態(tài)傳熱

瞬態(tài)傳熱也可稱為非穩(wěn)態(tài)傳熱。這種類型的傳熱只在短暫的時間內存在。在瞬態(tài)傳熱中，通過介質傳遞的熱能不是恒定的。熱流率不斷變化，導致熱傳遞率變化的原因可以是介質上的溫差波動，也可以是介質屬性的變化。

在現(xiàn)實世界中，熱傳遞一開始是瞬態(tài)的，然后達到穩(wěn)態(tài)，即達到熱平衡。

穩(wěn)態(tài)溫度對器件故障率的影響

在電子電路中，當一個器件的穩(wěn)態(tài)溫度超過其數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的極限時，就會有損器件的壽命。隨著穩(wěn)態(tài)溫度升高，器件的故障率呈指數(shù)級增長。不過，可以通過在器件上安裝散熱片來控制溫度。散熱片的幾何形狀、翅片的長寬比、壓力和空氣動力學屬性都會影響從器件到散熱片，以及從散熱片到環(huán)境的熱傳遞。

Celsius Thermal Solver 可同時提供瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析。

穩(wěn)態(tài)傳熱分析

通過穩(wěn)態(tài)傳熱分析得到電路板的熱通量和溫度場圖像，可以確定是否需要強制對流或散熱風扇，優(yōu)化散熱器的幾何形狀和位置，以及優(yōu)化計算機處理器外殼的設計。

瞬態(tài)傳熱分析

如果設計師想確定電子電路板的溫度曲線與時間的關系，應該進行瞬態(tài)傳熱分析。在器件發(fā)熱停止的情況下，設計師可以通過瞬態(tài)傳熱分析來確定冷卻的速率。當器件重新開始發(fā)熱時，就可以得知重新發(fā)熱的速率。

在比較了穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)傳熱分析后，我們可以看出兩者都有各自的優(yōu)點，對于提高電子電路板的熱性能而言都是至關重要的。那么，是否可以同時進行穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)傳熱分析呢？

當然可以！

Celsius Thermal Solver是 Cadence 推出的業(yè)內首款用于完整電熱協(xié)同仿真系統(tǒng)分析的熱求解器，經(jīng)過生產(chǎn)驗證，其大規(guī)模并行運算可以在不犧牲精度的前提下提供比現(xiàn)有解決方案加快10倍的性能，并同時提供：

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