HeatSinkSim 是一种前沿的计算工具，由 AltaSim Technologies 公司的仿真专家开发，但直到最近，人们才能够在一个实际且富有竞争力的时间框架内完成对它的开发。所有希望优化电力电子器件中散热器设计的工程师，都可以通过这个 App 友好的用户界面进行多物理场仿真与虚拟的原型测试。
仿真 App 可以用于所有的产品开发流程或设计任务，既能帮助大公司突破工作流程中的瓶颈，也能给那些不具备雇佣专职仿真工程师的小型公司和创业企业带来定制化设计的能力。
“不论您就职于一家大型公司还是一家初创企业，如果希望改变未来并主导整个市场，那就应该放弃传统的设计工具，积极使用那些能更好地预测和表征真实世界的新工具。HeatSinkSim 这种多物理场建模与仿真 App 将使您拥有工程创新的能力并能加快创新的步伐。”AltaSim 的联合创始人兼负责人 Jeff Crompton 解释说。
本文将以专业视角，用示例为您提供指导，希望能帮助您开发出一个以仿真为驱动的产品设计流程，降低开发成本，缩短产品上市时间。
从设计目标到创新产品
借助仿真 App，您可以轻松地将仿真集成到您的产品设计流程中，抛弃原型机试错这种成本高昂的设计方法。我们将以常见的电力电子元件中散热器的设计与优化为例展开说明，并将介绍如何通过开发及应用 HeatSinkSim App 来实现甚至超越这些目标。即使您从事的工作并非散热器的设计，也可以轻松地将文中的方法与工作流应用到自己的产
品或工艺中。
本示例的目标是能及时地将高质量
的产品和服务推向市场。这要借助电力
电子元件的长期和稳定运行来驱动几乎
所有消费品的自动化生产。随着人们对
产量需求的不断提高，人们需要改进电
子元件的性能，同时由于尺寸减小的缘
故，元件内的功率密度和工作温度会变
高，这将影响它们的长期使用。
为了避免因工作温度过高而影响制
造控制系统的可靠性，需要通过被动散
热和自然对流对电子元件进行冷却。因
此，散热器被集成到印刷电路板（PCB）
的电子元件上，如图 1 所示。在图中
所示的散热器设计中，利用翅片阵列
来增加热逸散的表面积。翅片数量、大
小、间距和导热系数等因素都会影响散
热器在给定施加功率下的性能。因此，
我们需要分析多个变量，来优化散热器
的设计，并保证电子元件能在低于最高
工作温度的环境下正常工作。那么考虑
到所有需要分析的相关变量，散热器的
最佳优化方案是什么？
图 1. 用于驱动连续生产作业，带有电力电子元件的印刷电路板 (PCB) 上安装的竖直翅片散热器。
如果希望保证产品的高质量，物理
原型的制造仍旧是设计周期中不可或
缺的重要一环，但如果能通过多物理场
仿真进行虚拟原型制造，便能在设计阶
段早期对设计进行可靠性评估，从而减
少所需的原型机数目，极大地缩短所需
的时间并降低成本。
AltaSim 使用 COMSOL Multiphysics®
软件开发出了散热器多物理场模型（如
图 1 所示）并进行了验证。而这个模型
现在已经成为他们设计优化产品必不可
少的工具。图 2 清晰地展示了模型的设
定，您可以观察模型开发器窗口内的节
点设定，了解相关建模步骤。
图 2. COMSOL Desktop 中的模型开发器，您可在此定义几何模型、材料和物理场；网格剖分、求解，并进行结果后处理。
AltaSim 还使用 App 开发器将已
验证的散热器模型转化为定制 App，图
3 显示了 COMSOL Multiphysics 内置的
App 开发器特征。图 4 显示了他们的
仿真 App —— HeatSinkSim。他们借助
App 开发器制作了简单易用的界面，支
持包括非仿真专家在内的各类用户运行
复杂的工程分析。App 开发器的核心是
表单编辑器和方法编辑器，支持在 App
的用户界面中增加直接可用的表单对
象，还可以通过 Java® 代码的方式定制
功能，对用户输入进行响应。
图 3. COMSOL Desktop® 中的 App 开发器，您可在此通过表单编辑器和方法编辑器基于您的多物理场模型设计仿真 App。
图 4. 通过浏览器登录 COMSOL Server™。(a) 在单独的浏览器标签页或窗口中运行 HeatSinkSim；您可以在仿真 App（b）中指定几何、材料
和工作条件；App 提供了两级分析。根据一级分析的结果（c），建议执行二级分析（d），即全三维共轭传热研究。
图 4 为 HeatSinkSim App 的运行结
果，显示了 App 提供的两个级别的分
析。第一个级别的传热分析求解了共轭
传热问题，还加入了包含传导、对流和
辐射在内的流体流动。一维线图表示在
不同设计参数下得到的温度结果，例如
散热器中的翅片数。第二个级别分析
