當下，許多工業品呈現出智能化、微型化的趨勢，器件的熱流密度隨之而來，普通的風冷散熱已經無法滿足。液體冷卻的常用冷卻工質為水（不同百分比乙二醇混合），其來源廣泛、環境友好、價格低廉。

水冷板散熱器廣泛應用于各類工業品的散熱冷卻，比如電動汽車電池包、光伏逆變器、電動汽車控制器、醫療器械、IT服務器、變流器、軍用各類電子控制機箱等等。相對于傳統的強迫風冷散熱，水冷能有效提高系統的散熱效果，增大散熱功率，且較容易實現高防護等級。

圖1  水冷板散熱應用案例

本文以電力行業晶閘管常用的水冷板模型為例，詳細講解了如何對此水冷板CAD模型進行前處理修復、將模型導入熱仿真軟件ANSYS Icepak的流程，具有一定的普適性。

本文所使用的軟件為ANSYS SCDM19.0。

圖2  某晶閘管水冷板散熱器CAD模型

水冷板CAD模型修復、導入熱仿真軟件的具體操作說明如下：

一、常用的主要操作命令

1）設計界面下

圖3  常用修復命令

主要是使用選擇、拉動、移動、填充、分割主體、組合等命令對CAD模型做修復。

2）準備界面下

圖4 體積抽取命令

主要是使用體積抽取的命令，來抽取水冷板管道內的流體體積。

3）workbench界面下

圖5 模型轉化命令

主要是使用Workbench下的識別對象、仿真簡化等命令，將修復好的CAD模型轉換為ANSYS Icepak認可的模型，從而建立ANSYS Icepak熱流仿真模型。

二、詳細的操作流程如下所示：

1、啟動ANSYS SCDM，點擊文件—打開晶閘管水冷板幾何模型

圖6 打開水冷板模型

2、CAD幾何修復過程

① 使用填充功能刪除水冷板外殼上的倒角以及圓弧面；  

圖7 填充小尺寸幾何特征

② 選取開口的內凹平面，使用拉伸命令將其拉伸至外表面；刪除此類特征，一定程度上可以減少求解計算的網格數量； 

圖8  拉伸操作

③ 選取水冷板上下表面，使用分割主體命令沿上下表面切割，生成體熱源模塊；

切割面

圖9  切割主體操作

隱藏冷板主體，選擇兩個薄圓柱體與冷板的接觸面，點擊右鍵，選擇復制，然后重復點擊右鍵，選擇粘貼，生成2個無厚度的圓柱面模型（后續需要將其轉化為Source熱模型）；刪除2個體熱源模型； 

④ 選取水體進出口輪廓，點擊體積抽取命令，點擊綠色勾選，抽取出水體模型；然后使用分割主體的命令沿水體模型的外圓面將水體進出口段與主體分割；（有利于后續網格劃分）  

 圖11  抽取水體及切割水體

⑤ 選擇水體的進出口表面，使用拉伸命令將其沿表面垂直方向拉伸10mm；選擇進出口的2個面，點擊右鍵，選擇復制，粘貼；ANSYS SCDM會自動生成2個面模型（后續需要將其轉化為開口模型）；并對模型進行重命名。  

3、CAD模型的轉化—點擊Workbench界面

① 點擊識別對象，ANSYS SCDM即可識別出ANSYS Icepak可識別幾何體。本案例中兩個面熱源的圓柱體被識別；自動轉換為Plate類型；然后點擊視圖區域中的選擇主體命令，在左側的仿真對象類型中選擇源，點擊綠色勾選，可以將Plate類型轉換為Source類型； 

圖13 修改熱模型的類型 

② 點擊顯示命令下的非仿真主體選項，視圖中即顯示未被ANSYS Icepak識別的幾何體（均為異形的結構體）；

圖14  顯示Icepak不認可的模型

③ 點擊仿真簡化命令，在簡化類型中選擇級別3（CAD對象），將刻面質量向右拉動至最高級別；然后使用鼠標左鍵框選視圖區域中的所有模型，完成對異形幾何體的轉化；

圖15 轉化異形幾何體

④ 使用與第①步同樣的操作，將inlet、out進出口模型的類型由Plate轉化為開口Opening類型；

圖16 修改進出口面的類型

⑤ 點擊顯示下的非仿真主體，確認視圖區域中無任何模型部分的顯示，確保模型全部轉化成ANSYS Icepak可識別類型；

⑥ 在模型樹下勾選隱藏的幾何體，將所有幾何體均顯示出來；然后點擊文件—另存為，在調出的面板中瀏覽、建立新的文件夾，并對其進行命令（熱模型名稱不允許輸入中文，最好使用數字或者字母）；在保存類型中選擇”Icepak項目（*.icepakmodel）”，點擊保存，完成ANSYS Icepak熱模型的建立。

圖17  模型導入ANSYS Icepak

將導出的熱模型進行網格劃分、求解設置、計算后處理等操作后，可以得到此冷板對應的熱流分布等散熱參數，后續將對熱流計算的操作進行詳細講解（王永康老師更多精彩網絡培訓視頻，敬請期待）。

圖18 冷板的熱流后處理

注：本文來源于仿真秀，版權歸作者所有，旨在分享。