本文要點

在穩態熱傳遞中，溫度是不隨時間變化的。

在瞬態熱傳遞中，溫度是隨時間變化的。

通過對電路板進行穩態熱傳遞分析，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定狀態，而漣漪則代表了一種瞬時狀態。

所有熱傳遞過程都會先經歷瞬態，最終到達穩態；瞬態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）都有穩態和瞬態。所有的過程在經歷了瞬態之后，都會達到一個穩定的狀態。在穩態熱傳遞中，溫度自始至終是恒定的；而在瞬態熱傳遞中，溫度隨時間而變化。

穩態與瞬態熱傳遞的基本概述

熱傳遞是指，由于溫度差異，熱能從一個區域傳遞到另一個區域。熱量總是從高溫區域流向低溫區域。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，都有穩態和瞬態。

讓我們比較一下穩態熱傳遞與瞬態熱傳遞。

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穩態傳熱

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

圖為使用Cadence Celsius Thermal Solver獲得的穩態溫度場圖像，圖像中模擬了電子系統周圍對流和強制對流的影響。

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

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瞬態傳熱

瞬態傳熱也可稱為非穩態傳熱。這種類型的傳熱只在短暫的時間內存在。在瞬態傳熱中，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。

在現實世界中，熱傳遞一開始是瞬態的，然后達到穩態，即達到熱平衡。

穩態溫度對器件故障率的影響

在電子電路中，當一個器件的穩態溫度超過其數據手冊中規定的極限時，就會有損器件的壽命。隨著穩態溫度升高，器件的故障率呈指數級增長。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，以及從散熱片到環境的熱傳遞。

Celsius Thermal Solver 可同時提供瞬態和穩態分析。

穩態傳熱分析

通過穩態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，優化散熱器的幾何形狀和位置，以及優化計算機處理器外殼的設計。

瞬態傳熱分析

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

在比較了穩態與瞬態傳熱分析后，我們可以看出兩者都有各自的優點，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態與瞬態傳熱分析呢？

當然可以！

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