“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示

本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。

作品名稱：兩相散熱器結冰鼓脹失效機理的仿真研究

作者：談周妥 | 中興通訊股份有限公司 熱設計工程師

關鍵詞：均熱板，Ansys Fluent，結冰鼓脹，可靠性

作者說：

Ansys Fluent 提供的先進的融化-凝固模型及用戶自定義函數可幫助我精準模擬水工質在低溫下的固-液兩相轉換過程。Fluent Meshing的多面體-六面體混合網格技術可在熱管毛細結構等微尺度區域生成高質量網格。以上解決方案為兩相散熱器的可靠性設計提供了不可替代的仿真支撐。

以熱管（Heatpipe）、均熱板（Vapor）為代表的兩相散熱器，由于其內部水工質高效的蒸發-冷凝相變傳熱循環，實現了數十倍于傳統金屬材料的超高導熱效果，廣泛應用于數據中心、網絡通信、新能源車、儲能等重要科技領域中。然而，由于水工質結冰體積膨脹的特性，導致此類散熱器在低溫場景下存在結冰鼓脹風險，造成散熱器失效、產品損壞、短路等可靠性風險。本次研究借助Ansys Fluent流體仿真軟件，對熱管、均熱板在低溫場景下的內部結冰過程展開復現，獲得了內部冰層演化規律。明晰了此類散熱器局部結冰鼓脹的主要機理，以及不同溫降速率、溫降溫域的環境條件下的內部結冰速率差異，給出了對應的風險攔截測試要求?；诮Y冰機理形成抗結冰結構與毛細設計，可在保障性能的前提下，降低結冰風險。

挑戰/需求

均熱板、熱管類銅-水兩相散熱器在低溫環境下結冰鼓脹問題嚴重影響其產品可靠性。同時，封閉腔體內部無法觀測導致原因定位困難。需要借助數值仿真方法，通過對其內部結冰過程復現并可視化，定位結冰鼓脹原因，進而針對性提出預防措施。

使用工具：

幾何建模：Ansys SpaceClaim；

網格劃分：Ansys Fluent Meshing；

方程求解：Ansys Fluent

最終成果

均熱板結冰鼓脹問題復現：毛細層結冰-空間壓縮-積水四周結冰-積水內部結冰

• 熱管、均熱板在低溫場景下的內部結冰過程得到有效復現，仿真結論與實驗匹配；
• 獲得了游離水、毛細內水在低溫下的不同結冰演化規律；
• 有效定位了散熱器結冰鼓脹主要原因；
• 獲得了外部環境（溫降速率、低溫區間）對結冰鼓脹問題的影響規律。

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