需求描述

在電力電器的設計初期，即概念設計階段，其結構一般是由設計工程師設計，但是設計工程師無法評估其結構的散熱性能是否達標，只好交予CAE仿真工程師去評估，從而影響研發進程。另外，在概念設計階段，無論是設計工程師、研發主管還是客戶，都有可能提出多個設計方案。如何快速從多個方案中，先有依據地挑選出幾個合理的方案，再進行詳細的CAE仿真呢？假如可以，這將使研發人員在概念設計階段，就能屏蔽不合理的方案，在產品性能驗證之前發現問題，在設計周期的早期排除不良設計，從而降低研發成本、加速研發進度。

圖1  電力電器示例

適用軟件

推薦采用ANSYS Discovery Live軟件進行散熱的快速分析。

解決方案

利用Discovery Live軟件，導入產品的CAD模型，無需劃分網格，根據實際應用工況，加載熱邊界條件（環境溫度、環境流動、材料熱屬性等）和輸入發熱量，即可快速實時分析，計算得到電力電器的溫度分布情況，可以做到仿真時間比思考的時間還短，從而快速判斷多個產品設計方案在額定工況下能否正常工作，從而排除不合理的方案。

分析結果

經過計算，用某電力電器中有個40W的發熱器件，在器件上需要設計一個散熱器。通過快速仿真，散熱器翅片高度10mm時器件最高溫度為93.99℃；翅片高度15mm時器件最高溫度為83.92℃；翅片高度20mm時器件最高溫度為76.83℃。三個方案從幾何模型修改到得到仿真結果，總耗時不超過5分鐘。如果需要優化這個散熱器散熱設計方案，可以結合不同材料或者翅片尺寸形狀進行方案對比設計，快速得到合理可行的尺寸參數，因而在設計初期就能使產品設計基本上是合理的。

圖2  不同散熱器翅片高度的溫度分布圖

應用價值

通過快速仿真，在概念設計階段就可有效屏蔽不合理的方案，在產品性能驗證之前發現問題，在設計周期的早期排除不良設計，從而加速研發進度。可見快速仿真在電力電器產品的概念設計階段中發揮著不可或缺的作用。