1、CFD軟件功能介紹

1.1軟件主體功能簡紹

    CFD軟件是流體動力學軟件，它功能強大，操作靈活，計算精確，在各個行業(yè)應用中表現(xiàn)出色；整個軟件功能分為三部分，其中包括前處理模塊、熱分析求解模塊、后處理模塊，其中熱分析求解模塊是整個軟件的核心模塊，它內(nèi)部集成了大量的計算公式和庫文件資料，也集成了大量在實際應用中經(jīng)過實踐驗證的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，這些在熱分析中起到至關(guān)重要的作用。

1.2 具體應用方法

    熱設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計的最初就必須參與其中，它跟結(jié)構(gòu)設(shè)計相符相成。CFD軟件中前處理模塊是整個熱分析的過程中的前期準備階段模塊，它的功能是3D建模，相當于solidworks、proe等軟件的3D建模；熱分析求解模塊是在繪圖模塊的基礎(chǔ)上進行細化，包括環(huán)境溫度的設(shè)定、重力、結(jié)構(gòu)材料的設(shè)定和其它一些重要數(shù)據(jù)的設(shè)定，這部分很關(guān)鍵，是整個熱設(shè)計成功與否的關(guān)鍵；后處理模塊是后期設(shè)計的改進，它能幫助我們更準確的了解整個系統(tǒng)的熱流走向和內(nèi)溫的高低。

2、CFD軟件在變流器系統(tǒng)中的實際應用

2.1 散熱方案選擇

當采用自然對流冷卻和強迫風冷無法滿足電子設(shè)備的溫控要求時，就必須借助于外部水系統(tǒng)來提供強制冷卻，對于采用液冷的電子設(shè)備，其熱設(shè)計應著重考慮多個問題：

 ① 選用合適的冷卻介質(zhì)和冷卻設(shè)備；

 ② 選用的合適的液冷散熱器件；

 ③ 設(shè)計合適的熱流風道；

2.2 應用實例

    2MW全功率變流器是通過CFD流體動力學軟件在實際中獲得的應用案例，整柜分為并網(wǎng)柜、網(wǎng)側(cè)功率柜和機側(cè)功率柜，內(nèi)部采用功率單元水冷設(shè)計，柜內(nèi)其余部件的余熱利用水風換熱器降低整柜溫度，整體柜內(nèi)溫度較低且熱流流線合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計和電器接線也很合理。下面是具體的分析。

2.3.1 結(jié)構(gòu)初稿設(shè)計

a)       機柜暫定為三柜，總外形尺寸為：3000（W）×650（D）×2200（H）,整柜密閉并采用水風交換和水冷交換散熱。

b)       機柜從左到右為并網(wǎng)柜1個，寬度800mm；功率柜2個，寬度1100mm+1100mm。

c)       并網(wǎng)柜設(shè)計為單開門，功率柜都設(shè)計為雙開門。

d)       整個機柜內(nèi)的重要器件布局為；并網(wǎng)柜上部為水風換熱器，之后依次往下為網(wǎng)側(cè)主接觸器、框架斷路器、濾波電容、電阻、小接觸器、熔斷、最后為50KVA變壓器。

e)       在功率中，左側(cè)功率柜器件擺放為：上端為UPS和UPS供電電源，右側(cè)為卸荷組件，往下依次為功率單元、傳感器、水風換熱器、功率電阻、網(wǎng)側(cè)電抗、加熱器。

f)        在右側(cè)的功率柜中，從上到下依次為卸荷電阻和其它電阻，往下依次為機側(cè)功率單元、功率電阻、水風換熱、接觸器、機側(cè)電抗，加熱器。

2.3.2溫度場模擬機分析

熱分析：

    根據(jù)結(jié)構(gòu)草案設(shè)計，軟件建模后如上圖，進行求解，得出上面的溫度場模擬圖。如圖所示，此柜內(nèi)柜體與柜體采用加裝隔板但不完全封閉結(jié)構(gòu)，熱流如圖，并網(wǎng)柜（左側(cè)）內(nèi)部熱流大部分與網(wǎng)側(cè)功率柜（中間）與機側(cè)功率柜（右側(cè)）進行熱交換；而網(wǎng)側(cè)功率柜與機側(cè)功率柜上方和中部雖然開孔（上圖描紅部分），但是兩柜內(nèi)熱流很少交換，功率單元散發(fā)的熱量也是無法流動。機側(cè)功率柜上方的水風換熱器也只是進行較小的熱循環(huán)，并不帶走下方的熱量。所以才布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是很合理。需進行改善。

2.3.3.優(yōu)化設(shè)計

優(yōu)化分析：

如上圖改進后，并網(wǎng)柜采用密閉結(jié)構(gòu)，熱流從柜體底部流向柜體頂端，在經(jīng)上端的水風換熱器底部吸入熱空氣，經(jīng)熱流循環(huán)后頂端冷風吹出，冷風遇到上端隔板反彈向下，流向底部，形成了上下循環(huán)的熱流系統(tǒng)，是柜體溫度分布均勻和溫度保持最低；在網(wǎng)側(cè)功率柜和機側(cè)功率柜的隔板上端加裝風扇，在中部開孔，熱流如圖；可以看到兩個功率柜的熱流互相循環(huán)，形成了循環(huán)通道。

 

 

2.3.4結(jié)論

    通過熱設(shè)計軟件CFD可以更好的、更直觀的看到熱設(shè)計對結(jié)構(gòu)設(shè)計輔助作用不可估量。作為總體方案設(shè)計,配合結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師或電氣設(shè)計工程師，CFD軟件無疑是我們很好的選擇，它可以幫組我們更直觀的了解熱流走向，是結(jié)構(gòu)布局更合理可靠，大大降低產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高設(shè)計水準，保障設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。