散熱仿真與設(shè)計的案例
盒式自然散熱產(chǎn)品散熱設(shè)計和熱仿真方法 ￥29.9
對于室內(nèi)封閉的盒式自然散熱產(chǎn)品，熱量終歸要全部通過外殼散失到空氣中去。目前絕大多數(shù)電子產(chǎn)品，仍然采用自然散熱設(shè)計。本文檔以一個盒式設(shè)備為例，從需求分析，到中間各環(huán)節(jié)的散熱方案改進做了詳細闡述，并列示了這類產(chǎn)品熱仿真設(shè)置關(guān)鍵注意事項。
文檔還論述了一種新型散熱方案的巨大優(yōu)勢。
TEC 半導(dǎo)體制冷片的特性與散熱理論設(shè)計、仿真
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展開 設(shè)計仿真 | 直播預(yù)告-電池?zé)崾Э?em>仿真與電力電子散熱仿真解決方案
?研究使用風(fēng)扇、散熱器、水套等的有效冷卻方法。
?用冷卻效率評估水套中的壓力損失考慮變速箱和變速器的熱效應(yīng)。
通過逆變器的仿真分析案例介紹Cradle CFD的電力電子的快速熱仿真分析解決方案。
基于溫度場仿真的干式變壓器散熱設(shè)計
在靠近出風(fēng)口和進風(fēng)口的位置，散熱情況較差，查看室內(nèi)空氣的流速圖可以發(fā)現(xiàn)，在距離出口最近的位置，高壓繞組位于頂頭，距離出口位置最近，出風(fēng)口的位置呈直角，空氣壓強容易受到一定影響，會造成高壓繞組的包封內(nèi)空氣稀薄，進而影響散熱效果。
圖4 模型邊界設(shè)置
圖5 溫度分布情況
基于此，將干式變壓器的箱體出風(fēng)口位置進行優(yōu)化設(shè)置，將空氣的出口自位置向上位移300mm, 保持出風(fēng)口的高度不變，進風(fēng)口的寬度縮小100mm, 箱體的長度增加0.2m, 根據(jù)計算的結(jié)果，繞組的熱點溫度得到了一定的降低，繞組的平均溫度得到了降低。通過查看空氣流場的流速分布情況，通往出風(fēng)口的繞組氣流達到120°的角度，說明空氣流動較為順暢。室內(nèi)循環(huán)空氣的流速分布如圖6所示。
圖6 室內(nèi)循環(huán)空氣流場流速分布情況
5 結(jié)束語
通過有限元分析建立干式變壓器散熱仿真，得到干式變壓器本體的溫度場的分布情況和干式變壓器的箱體內(nèi)流場分布情況，發(fā)現(xiàn)干式變壓器易產(chǎn)生過熱的部位和影響干式變壓器散熱的因素，并針對性地進行仿真和結(jié)果優(yōu)化仿真，可有效降低變壓器的易熱點溫度。同時根據(jù)仿真情況對干式變壓器箱體的出風(fēng)口位置進行優(yōu)化，并經(jīng)過試驗驗證，通過優(yōu)化出風(fēng)口的位置設(shè)置，可有效改善干式變壓器的散熱情況，這對同類型產(chǎn)品的散熱設(shè)計具有一定參考價值。
參考文獻
[1] 田慕琴，朱晶晶，宋建成，等.基于流固耦合分析的礦用干式變壓器溫度場仿真[J].高電壓技術(shù)，2016,42(12):3972-3981.
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展開 
設(shè)計仿真 | Cradle CFD助力新能源汽車電驅(qū)動設(shè)備噴油冷卻散熱仿真
海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件能提供實用的、先進的計算流體動力學(xué)仿真和可視化解決方案。它具有卓越的處理速度、精細的技術(shù)和高用戶滿意度，已被用于汽車、航空航天、電子、建筑、風(fēng)扇、機械和海洋開發(fā)等領(lǐng)域，以解決熱和流體問題。除此之外，Cradle CFD整合了多物理場協(xié)同仿真和單向聯(lián)合仿真功能，以實現(xiàn)與結(jié)構(gòu)、聲學(xué)、電磁、機械、一維、優(yōu)化、熱環(huán)境、3D CAD和其他分析工具的耦合，從而使用戶能夠有效地解決跨多個學(xué)科的工程問題。Cradle CFD強大的后處理功能，可以生成視覺上逼真的仿真圖形，輕松表達仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，為用戶實現(xiàn)高級仿真處理并提供更好的設(shè)計建議。
圖1 Cradle CFD 進行汽車及飛行器外氣動模擬
新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)是指利用電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能來驅(qū)動車輛運行的系統(tǒng)，是新能源汽車的核心部件。該系統(tǒng)的散熱對整車安全和高效運行有重要影響。
展開 仿真APP應(yīng)用案例——電力設(shè)備干式變壓器散熱仿真分析
因此，有效的散熱對于干式變壓器的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。
散熱仿真助力電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定
散熱仿真為干式變壓器的散熱設(shè)計與優(yōu)化提供了科學(xué)、高效的手段。通過建立精確的數(shù)學(xué)模型，模擬不同工況下變壓器內(nèi)部的溫度分布和熱流傳遞過程，工程師能夠深入了解變壓器的散熱特性。利用散熱仿真，可以在設(shè)計階段就對變壓器的結(jié)構(gòu)、散熱方式、冷卻介質(zhì)等進行優(yōu)化，提前預(yù)測并解決潛在的散熱問題，避免在實際運行中出現(xiàn)過熱故障。同時，散熱仿真還能為運行中的干式變壓器提供實時監(jiān)測和故障預(yù)警，根據(jù)環(huán)境溫度、負載變化等因素，及時調(diào)整散熱策略，保障變壓器始終處于最佳運行狀態(tài)，大大提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
電力設(shè)備干式變壓器散熱仿真分析APP封裝了冷卻風(fēng)扇安裝與運行參數(shù)、包封材料物性參數(shù)以及高中低壓線圈熱損耗等參數(shù)，可快速計算風(fēng)冷條件、材料特性及熱損耗分布等改變的情況下對變壓器各部件換熱溫度及冷卻通道流場的影響。電力設(shè)備干式變壓器散熱仿真分析APP可查看固體部件表面溫度及熱通量云圖、流場中矢量、流線圖等工程中所需的計算結(jié)果。
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展開 中興：基于Icepak的智能家端產(chǎn)品散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化
痛點問題與解決思路
創(chuàng)建仿真散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計平臺
平臺簡介
平臺流程
平臺可靠性驗證流程
項目1首次仿真與實測
項目2仿真實測再次驗證
項目實踐-降成本
光路由器方案仿真指導(dǎo)設(shè)計
光路由器原始方案與方案1仿真分析
光路由器方案2與方案3仿真分析
光
路由器方案4與方案5仿真分析
光路由器最終方案仿真與實測總結(jié)
路由器2原始方案仿真與實測分析
路由器2三種裁剪方式仿真與實測對比
項目實踐總結(jié)
設(shè)計優(yōu)勢
仿真快速、準確，開發(fā)流程已嵌入仿真，通過光路由器仿真數(shù)據(jù)可以看出，主要芯片溫度仿測溫差最大在2.8度，最小在0.3度，仿測趨勢一致，準確度高，仿真僅需45。
存在問題
對于較復(fù)雜的項目仿測差異較大，這是由于仿真參數(shù)不準確，仿測環(huán)境有差異有關(guān)，需要根據(jù)具體情況多次調(diào)試才能仿測一致。
后續(xù)需要研究的方向
1、溫差偏大問題的研究，主要分成三個方面：
2、充分發(fā)揮熱仿真在產(chǎn)品設(shè)計中的作用：
深圳市優(yōu)飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產(chǎn)品開發(fā)平臺解決方案與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的國家級高新技術(shù)企業(yè)。
十多年來，優(yōu)飛迪科技在數(shù)字孿生、工業(yè)軟件尤其仿真技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)等領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗，并在這些領(lǐng)域擁有數(shù)十項獨立自主的知識產(chǎn)權(quán)。
展開 高熱密度板卡模塊高效散熱設(shè)計研究
摘 要：隨著信息化與電子技術(shù)不斷突破創(chuàng)新，電子板卡模塊功耗升高，呈現(xiàn)高熱密度特點，帶來的高溫環(huán)境對板卡模塊的穩(wěn)定性造成了較大的影響，其散熱問題逐漸凸顯。本文利用導(dǎo)熱塊、熱管和散熱冷板構(gòu)建高效散熱路徑，實現(xiàn)均衡熱量分布并高效散熱的設(shè)計目的，采用FLOTHERM軟件建立熱仿真模型，確定板卡模塊在典型功耗和最大功耗工況下的強迫風(fēng)冷環(huán)境的風(fēng)速要求，可為同類型高熱密度板卡模塊散熱設(shè)計提供參考。
關(guān)鍵詞：高熱密度;板卡模塊;散熱設(shè)計;傳導(dǎo)散熱;熱仿真;
引言
近年來，隨著信息化與電子技術(shù)不斷突破創(chuàng)新，電子裝備功能性能持續(xù)提升，迎來快速發(fā)展期[1]。與之相匹配的電子板卡模塊也呈現(xiàn)出標準化、模塊化和集成化的特點，其中，標準化接口的VPX高密度集成板卡由于其便于快速插拔和優(yōu)異的互換性[2]，受到越來越多的客戶選擇。伴隨功能性能的不斷提升，也推高了板卡模塊的功耗，帶來的高溫環(huán)境對板卡模塊的穩(wěn)定性造成了較大的影響，板卡模塊的散熱問題越來越突出[3]。
本文以高熱密度標準VPX板卡模塊為例，利用導(dǎo)熱塊、熱管和散熱冷板構(gòu)建高效散熱路徑，將主要功率器件與導(dǎo)熱塊貼合，再通過熱管將功率器件熱量快速傳導(dǎo)至散熱冷板的冷端，實現(xiàn)均衡熱量分布并高效散熱的設(shè)計目的。同時，采用FLOTHERM軟件建立熱仿真模型，通過熱仿真軟件進行熱仿真迭代分析，優(yōu)化的散熱設(shè)計方案，確定板卡模塊在典型功耗和最大功耗工況下的強迫風(fēng)冷環(huán)境的風(fēng)速要求，對同類型的高熱密度板卡模塊散熱設(shè)計具有較強的參考意義。
展開 研討會報名 | 電子散熱設(shè)計仿真技術(shù)專題
? 把脈汽車電子、通訊電子產(chǎn)品熱設(shè)計遇到的問題
? 掌握汽車電子、通訊電子產(chǎn)品熱仿真、熱測試的完整方案與流程
? 深入了解汽車電子、通訊電子熱仿真工具及能力
? 獲悉汽車電子、通訊電子系統(tǒng)數(shù)字孿生相關(guān)進展
隨著各行業(yè)電子產(chǎn)品的發(fā)展，除了大型的服務(wù)器，當前移動設(shè)備都趨向小型化的發(fā)展趨勢，散熱設(shè)計的空間非常有限，使得熱設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中成為關(guān)鍵。
對于通訊行業(yè)來說，隨著無線通信設(shè)備的不斷發(fā)展，要求封裝散熱性能更加出色以應(yīng)對高密度、高功率的集成電路。
對于汽車來說，電子產(chǎn)品的增多與功率密度的不斷增大，熱設(shè)計需考慮到材料改進、狹小車載空間風(fēng)道的合理設(shè)計、散熱設(shè)備的設(shè)計與選型等。
安世亞太特此面向汽車電子、通訊電子行業(yè)電路/電氣/結(jié)構(gòu)/熱設(shè)計工程師及設(shè)計部門經(jīng)理籌辦本次電子熱設(shè)計技術(shù)專題研討會。會上將著重于汽車、通訊行業(yè)的電子散熱內(nèi)容。其中包括熱測試技術(shù)、熱仿真技術(shù)、熱設(shè)計的綜合解決方案，對封裝，PCB最先進的熱測試技術(shù)進行分享和交流。同時也將詳細介紹封裝級、板機、模組級、系統(tǒng)級別的熱設(shè)計仿真優(yōu)化與多物理場，并對眾多汽車、通訊行業(yè)電子散熱設(shè)計中遇到的問題與解決方案進行分享。
展開 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計和仿真
為了更加有效地控制電動汽車電池的工作溫度，研究了一種鋁板/相變材料/液冷電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)，采用CFD 軟件模擬仿真。研究了鋁板厚度、水管數(shù)量、質(zhì)量流量、導(dǎo)熱系數(shù)、相變溫度和進水溫度等因素對電池散熱的影響。通過對電池溫度場的模擬仿真，合理控制因素之間的相互影響，將參數(shù)取值進行優(yōu)化，使電池的最高溫度和最大溫差能夠控制在44．19 ℃和3．18℃，此溫度能夠很好地滿足電池的工作溫度，表明鋁板/相變材料/液冷相結(jié)合的新型散熱結(jié)構(gòu)能夠較好地控制電池的溫度均勻性和有效性。
1 建立模型
電池的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。鋁板緊貼電池體，均勻插入圓形水管的相變材料貼在鋁板之后，并且選用導(dǎo)熱系數(shù)高、密度小的鋁來作為水管材料。可以看出，模型具有對稱性，為了縮短模擬仿真時間，本文僅僅仿真了模型的1 /4 部分。幾何尺寸和物理參數(shù)參考了研究較為成熟的電池單體，如表1 所示。為了研究濫用條件時電池的性能，電池以放電倍率5C 進行放電，因此仿真時間為720 s，并且根據(jù)現(xiàn)有學(xué)者研究成果，此放電倍率下的電池發(fā)熱功率約為200 kW/m2。為了便于研究，本文設(shè)定冷卻水是不可壓縮的層流，并且由于輻射換熱部分的熱量相對較小，因此不考慮輻射換熱。由于相變材料的性質(zhì)比較穩(wěn)定，忽略相變材料在融化和凝固時的各種變化。本文利用仿真軟件ANSYS FLUENT16．0 進行模擬。
通常情況下，考慮電池處于絕熱環(huán)境中時，電池在放電過程中的產(chǎn)熱率Q( 單位: W) 可通過下式計算得出:
電池在放電的同時也會吸收一定的熱量，這部分熱量
相變材料吸收的熱量
在組合模型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，冷卻水帶走的熱量
空氣會產(chǎn)生一定的自然對流，電池產(chǎn)生的一部分熱量會被空氣帶走。
展開 熱仿真加快垂直/水平兩用散熱片設(shè)計
Crane Aerospace使用Flotherm熱仿真軟件
研發(fā)一種新型航空電子垂直/水平兩用散熱片
Crane航空&電子公司使用Flomerics公司的Flotherm熱仿真軟件研發(fā)一種在垂直或水平方向工作的新型散熱片。該散熱片是為一商用航空公司的直流電子系統(tǒng)設(shè)計。使用傳統(tǒng)的設(shè)計和測試方法研發(fā)出一種全新的符合規(guī)格要求的散熱片需投入長時間。然而Crane公司工程師Mark Resler利用熱仿真軟件模擬了不同的散熱片結(jié)構(gòu)，并最終選取一款性能最好并能配置于固定板或支架上的與眾不同的設(shè)計。
通常這種系統(tǒng)會使用在機身外墻的翅式散熱片。在本案例中，散熱片原本的設(shè)計規(guī)格是在水平或垂直位置工作但不是垂直/水平兩用。Resler與其他Crane工程師集體研討并設(shè)計了六種不同的散熱片構(gòu)造，分別為：1）片式直立型；2）短翅型；3）長翅性；4）45度翅型；5）短凹凸翅型帶外環(huán)法蘭；6）45度翅型帶外環(huán)法蘭。傳統(tǒng)評估以上概念的方法是分別建模和測試各性能。該方法成本昂貴，時間消耗久并可能導(dǎo)致無法按時交出產(chǎn)品。
利用Flotherm的熱仿真使得Resler在相比較低的成本下可迅速評估大量的設(shè)計概念。“Flotherm迅速生成模型并能便捷地更改邊界條件、環(huán)境條件和重力方向。”Resler說：“我利用這些功能從不同高度和不同周圍溫度為六個概念建模。”Resler利用Flotherm生成列陣功能迅速生成這些模型。
Resler為每一設(shè)計做垂直方向和水平方向兩次仿真。仿真結(jié)果顯示片式直立型設(shè)計在垂直和水平兩方向均表現(xiàn)出最好性能。之后Resler再次模擬了片式直立型散熱片的性能以探討支架最合理的長度。
展開 
熱仿真在電機設(shè)計和減少散熱器重量中的應(yīng)用
設(shè)計一款采用了線性同步電動機(LSM)的垂直升降電梯。AnJen Solutions 對LSM散熱器的重量和熱特性進行了分析。AnJen Solution 的Michael Rigby 說：“FLOTHERM 對散熱器和LSM支撐結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)熱量以及進入到空氣中的熱量提供了詳細的信息，仿真的結(jié)果表明通過減少翅片數(shù)和改變翅片間距和厚度可以達到與最初設(shè)計方案相同的效果，但散熱器的重量僅僅為最初方案的1/3 。”
軌道的熱負荷和垂直方向的形式都要求比水平放置的形式進行更為詳細的熱仿真。這是因為垂直方向的形式會導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)發(fā)生變化，同時也會提高周圍環(huán)境空氣溫度。此外LSM材料的溫度也是一個限制因素。
CFD 軟件的優(yōu)勢在于能夠模擬LSM 周圍的空氣流動，從而使精確預(yù)測對流換熱量成為可能。Flomerics公司的FLOTHERM 軟件是專門為仿真電子和電氣產(chǎn)品熱特性而開發(fā)的。Rigby說：“FLOTHERM 具有自動優(yōu)化、簡化模型等許多強大的功能，這一切都可以大大提高的散熱性能和減少產(chǎn)品研發(fā)時間。軟件強大的功能使散熱器的優(yōu)化成為可能，而散熱器重量的減少正是我們所需要的，因為MagneMotion的客戶對LSM 的總重量特別關(guān)注。”
FLOTHERM完全解決了產(chǎn)品的散熱問題，這其中不僅僅包括了熱量從發(fā)動機通過導(dǎo)熱方式經(jīng)過機械結(jié)構(gòu)和散熱器，而且包括了熱量通過對流的方式從機械結(jié)構(gòu)和散熱器進入到空氣中。FLOTHERM 通過求解浮升力方程來確定由熱負荷所引起的空氣流動。Rigby 通過變化模型中散熱器翅片數(shù)和厚度來對11個不同的設(shè)計方案進行評估。當翅片數(shù)為15 并且翅厚為3 mm 時，可以滿足封裝溫度的限制并且此時的散熱器重量最小。優(yōu)化之后的散熱器重量為39 磅，與未做優(yōu)化時候相比重量減少了1/3 。
展開 自然散熱終端和復(fù)雜機柜熱設(shè)計優(yōu)化思路 & 仿真精度提升討論 ￥49.8
講述內(nèi)容為：
自然散熱終端產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計思路；
自然散熱仿真要點；
強迫風(fēng)冷產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計思路；
復(fù)雜強迫風(fēng)冷系統(tǒng)簡化分析方法；
熱仿真精度影響因素和具體提升方法。
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高效冷卻硅基微通道散熱器的設(shè)計、制造及表征---采用FloEFD進行仿真分析 ￥100
3D集成電路中持續(xù)累積的熱耗已經(jīng)限制了其應(yīng)用，如何快速有效的進行散熱是該領(lǐng)域亟需解決的問題。本文針對三種不同微流道散熱結(jié)構(gòu)，建立了三維CFD模型來研究其流阻性能和散熱能力。為了驗證數(shù)值計算的結(jié)果，本文通過深硅刻蝕和陽極鍵合工藝分別加工了直通、蛇形微流道散熱器，另外，通過薄膜工藝加工了氮化鋁基TaN薄膜電阻用以模擬真實器件發(fā)熱。設(shè)計并加工了熱測試夾具，自行搭建了液冷測試系統(tǒng)來進行不同結(jié)構(gòu)的熱性能測試。測試結(jié)果進一步驗證了仿真的合理性，最終采用蛇形散熱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了443W/cm2的熱流密度。
展開 SIwave IcePak 協(xié)同仿真實現(xiàn)電子系統(tǒng)散熱/電磁兼容協(xié)同設(shè)計
2017年1月10日
20:00 - 21:00 (CST)
注冊 ?
聯(lián)系方式：
郵箱：info-china@ansys.com
電話：4008198999
網(wǎng)絡(luò)研討會介紹：
為了保證PCB的正常工作，設(shè)計者必須通過合適的散熱設(shè)計來保證周圍的的溫度變化在半導(dǎo)體器件的承受范圍之內(nèi)。對于散熱設(shè)計工程師而言，其需要準確了解板載大功率芯片工作時產(chǎn)生的熱能分布、焦耳熱分布以及其導(dǎo)致的溫度變化，從而選擇合適的散熱設(shè)計。而對于電子設(shè)計工程師而言，其需要考慮溫度變化對PCB工作性能的影響。ANSYS最新的SIwave版本中，集成了SIwave-Icepak電熱協(xié)同仿真功能，設(shè)計者在SIwave一個軟件的界面環(huán)境中，就可以同時調(diào)用SIwave 直流仿真器和Icepak 三維散熱仿真器，進行電熱耦合分析，得到PCB工作時的電流密度分布以及溫度分布結(jié)果，幫助設(shè)計者提前評估溫度變化對PCB性能的影響，預(yù)判PCB上的溫度分布熱點，以便進行散熱設(shè)計。
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