翅片
關(guān)注創(chuàng)建者：砥力 創(chuàng)建時(shí)間：2019-11-17
翅片的視頻教程
【ANSYS Discovery案例】換熱翅片選型之流場(chǎng)分析
本視頻分析的是一個(gè)空調(diào)翅片的熱分析和外流分析，利用SpaceClaim直接建模，針對(duì)換熱翅片單元不同陣列的分析，利用DiscoveryLive強(qiáng)大的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，快速得到結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)速度分布，然后改變散熱翅片單元的陣列結(jié)構(gòu)，可迅速觀察改變幾何結(jié)構(gòu)前后，流場(chǎng)的變化情況。通過Discovery增加了設(shè)計(jì)人員對(duì)流場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，幫助快速選型。
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氣液固三相傳熱分析計(jì)算(翅片管道在內(nèi)部液體和外部氣體作用下的溫度分布)
帶有翅片的管道在內(nèi)部低溫液體和外部高溫氣體作用下的溫度分布情況； 學(xué)習(xí)三相傳熱模型處理要求； Meshing網(wǎng)格劃分與調(diào)整方法； Fluent傳熱問題通用設(shè)置方法；
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翅片的實(shí)例教程
微通道換熱器通常采用風(fēng)冷式開窗翅片，翅片的換熱性能和風(fēng)阻取決于翅片的結(jié)構(gòu)形狀。為找到最優(yōu)的形狀尺寸，本文應(yīng)用CFD方法對(duì)翅片周圍風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了研究。
本文首先建立了風(fēng)冷翅片的CFD模型，然后針對(duì)翅片高度和翅片間距創(chuàng)建形狀變量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供了一定的參考依據(jù)。
2 初始模型
2.1 模型描述
如圖1所示為微通道換熱器，由于微通道換熱器翅片呈周期對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，因此為減小計(jì)算工作量，截取圖示部分作為計(jì)算單元，模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)如表1所示。
2.2 模型假設(shè)
翅片管換熱器扁管內(nèi)為高溫冷媒，熱量由此作為熱源傳向管外翅片側(cè)，翅片側(cè)有環(huán)境風(fēng)吹過實(shí)現(xiàn)散熱，其主要假設(shè)為：
1)流動(dòng)充分發(fā)展，為穩(wěn)態(tài)湍流。
2)空氣物性為常數(shù)，且為不可壓縮流動(dòng)。
3)扁管壁面溫度為均勻恒溫。
4)忽略輻射換熱。
5)翅片管材質(zhì)熱物性在所模擬溫度范圍內(nèi)為定值。
3 模型計(jì)算
3.1模型網(wǎng)格劃分
基于有限元法（伽遼金最小二乘法）的AcuSolve在四面體單元上能保持很高的精度，因此在劃分網(wǎng)格時(shí)在翅片附近區(qū)域采用易生成的全四面體網(wǎng)格，而在其它區(qū)域采用六面體網(wǎng)格來降低網(wǎng)格數(shù)量。本文采用HyperMesh劃分模型的2D表面網(wǎng)格，然后導(dǎo)入AcuSolve的專用前處理器AcuConsole生成非結(jié)構(gòu)四面體和六面體混合網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)數(shù)49萬，單元數(shù)300萬。為了讓流動(dòng)充分發(fā)展，翅片前端流體域來流長(zhǎng)度為1倍翅片長(zhǎng)度，后方為3倍翅片長(zhǎng)度。翅片表面網(wǎng)格和體網(wǎng)格如圖2，圖3所示。
圖2 翅片表面網(wǎng)格
圖3 體網(wǎng)格某截面
3.2 邊界條件
邊界條件是為了獲得物理問題（各種微分方程）的唯一解，必須對(duì)計(jì)算域邊界設(shè)定各種參數(shù)值。
展開 這就是IGBT冷卻的最新進(jìn)展，特別是針翅片散熱器的使用發(fā)揮作用的地方。
IGBT產(chǎn)生熱量是其操作的副產(chǎn)品。如果這種熱量沒有得到有效管理，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障、效率降低和壽命縮短。傳統(tǒng)的冷卻方法，如強(qiáng)制空氣和液體冷卻，已被用于解決這個(gè)問題。然而，這些方法有局限性，特別是在產(chǎn)生的熱量可能很大的大功率應(yīng)用中。
這就是針翅片散熱器的用武之地。這些器件本質(zhì)上是金屬結(jié)構(gòu)，其表面有許多引腳突出，為冷卻IGBT提供了更高效的解決方案。引腳增加了散熱器的表面積，從而實(shí)現(xiàn)更有效的散熱。這在高功率應(yīng)用中特別有益，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的冷卻方法可能難以跟上產(chǎn)生的熱量。
針翅片散熱器對(duì)IGBT冷卻的影響是顯著的。它們已被證明可以將IGBT的工作溫度降低多達(dá)20%，延長(zhǎng)其使用壽命并提高其效率。這是一項(xiàng)重大進(jìn)步，特別是在電動(dòng)汽車和可再生能源等行業(yè)，電子設(shè)備的可靠性和效率至關(guān)重要。
此外，針翅片散熱器結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，非常適合在空間和重量非常寶貴的設(shè)備中使用。與傳統(tǒng)的冷卻方法相比，它們需要的維護(hù)更少，從而降低了總體擁有成本。
在IGBT冷卻中使用針翅片散熱器是技術(shù)進(jìn)步如何顯著提高器件性能和可靠性的一個(gè)主要例子。但是，重要的是要注意，這只是拼圖的一部分。有效的熱管理需要采用整體方法，不僅要考慮冷卻方法，還要考慮設(shè)備設(shè)計(jì)、所用材料和操作環(huán)境。
總之，針翅式散熱器的出現(xiàn)徹底改變了IGBT冷卻領(lǐng)域。它們?yōu)楣芾磉@些設(shè)備產(chǎn)生的熱量、提高其性能并延長(zhǎng)其使用壽命提供了更高效和有效的解決方案。隨著電子設(shè)備變得越來越強(qiáng)大和緊湊，有效的熱管理的重要性只會(huì)增加。
展開 例如，如果使用主動(dòng)冷卻，則翅片可以被設(shè)計(jì)用于在計(jì)算設(shè)備的高流動(dòng)區(qū)域中的最佳主動(dòng)冷卻效率的形狀，然后被調(diào)諧為對(duì)于通過計(jì)算設(shè)備的低流動(dòng)區(qū)域中的自然對(duì)流進(jìn)行耗散而言是最佳的狀態(tài)。自然對(duì)流翅片可以被配置為在計(jì)算設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)方向上的最佳狀態(tài)?？梢詫⑸崞砑拥街魃岵课坏捻敳亢偷撞?。在母板和主要散熱部分之間的區(qū)域中，散熱片的幾何形狀可以是不同的，包括例如具有圓形橫截面的翅片，該翅片的形狀可以隨著距翅片基部的距離而變化，不僅可以具有不同橫截面形狀，還可以帶有通道或管，包括例如正弦波或貝塞爾曲線結(jié)構(gòu)。
毛細(xì)特征可以直接3D打印到相變裝置上，3D打印的毛細(xì)管特征可包括篩芯結(jié)構(gòu)，開放通道，覆蓋有篩網(wǎng)的通道，篩網(wǎng)后面的環(huán)，動(dòng)脈結(jié)構(gòu)，波紋篩，其他結(jié)構(gòu)或其任何組合。
此外，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，微軟所開發(fā)的3D打印的翅片可以設(shè)計(jì)成可變密度，使得從處理器到殼體的熱傳遞是可控的。在更靠近發(fā)熱部件的區(qū)域中，翅片可具有低密度/高孔隙率。翅片可以更密集，增加熱傳遞效率。通過調(diào)節(jié)翅片密度可以為殼體的外表面提供均勻的溫度分布，從而提供更優(yōu)化的熱傳遞。
第一熱交換器可以使用銅，鋁，鈦，金，或者兩種或更多種材料（例如，銅和鋁）的組合進(jìn)行3D打印。第二熱交換器直接3D打印在第一熱交換器上，使得第一熱交換器和第二熱交換器形成單個(gè)連續(xù)組件。
3D打印釋放了使用傳統(tǒng)制造方法制造先前無法實(shí)現(xiàn)或不實(shí)的設(shè)計(jì)的潛力?？梢砸愿叻直媛屎鸵援a(chǎn)品功能為導(dǎo)向的一體化結(jié)構(gòu)散熱器組件的制造。
參考資料：US10054995B2_additive manufactured passive thermal enclosure
展開 針對(duì)緊湊型熱交換器出現(xiàn)了斷續(xù)和交錯(cuò)翅片。間斷肋片上邊界層的不斷變化導(dǎo)致了高的傳熱系數(shù)，并且每個(gè)翅片后面的尾跡區(qū)域存在湍流混合。這比連續(xù)翅片熱交換器的傳熱效果更好。熱交換器示意圖如圖1所示。幾何包含在頂部和底部平面的對(duì)稱邊界條件。
假設(shè)在換熱器中加熱壓力為240k的液氨，翅片壁的溫度恒定為350k。液氨通過換熱器的質(zhì)量流量為303.14 kg/s-m2，水力直徑為3.51 mm，液氨粘度為0.000152 kg/m-s，基于水力直徑的雷諾數(shù)為7000，為弱湍流區(qū)(即，低雷諾數(shù)湍流度)。仿真結(jié)果如下：
溫度場(chǎng)
壓力場(chǎng)
局部速度矢量圖
展開 三等獎(jiǎng)獲得者：徐凱
作品名稱：換熱翅片選型之流場(chǎng)分析
作品簡(jiǎn)介：分析的是一個(gè)空調(diào)翅片的熱分析和外流分析，利用SpaceClaim直接建模，針對(duì)換熱翅片單元不同陣列的分析，利用DiscoveryLive強(qiáng)大的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，快速得到結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)速度分布，然后改變散熱翅片單元的陣列結(jié)構(gòu)，可迅速觀察改變幾何結(jié)構(gòu)前后，流場(chǎng)的變化情況。通過Discovery增加了設(shè)計(jì)人員對(duì)流場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，幫助快速選型。同時(shí)也展示了SpaceClaim幾何修復(fù)能力和Discovery實(shí)時(shí)仿真功能的無縫銜接。
下載和試用ANSYS Discovery系列產(chǎn)品： https://www.ansys.com/how-to-buy/3d-design-bundles
視頻文件：https://weibo.com/tv/v/GgzfcFBGb?fid=1034:dfef64334ef0ac5fae16f55cf307f6d1
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展開 
翅片的最新內(nèi)容
ANSYS的熱分析模塊如何選擇使用，太多了，不知道怎么選4個(gè)月前
o 流固耦合時(shí)可通過 System Coupling 實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳遞，適合流體主導(dǎo)的傳熱問題（如翅片換熱器）。
4. 熱電耦合模塊
o 基于 ANSYS Multiphysics 單元，同時(shí)求解電場(chǎng)（電勢(shì)）和溫度場(chǎng)（溫度）自由度，適合低頻率、大電流的焦耳生熱問題。
o 高頻電磁損耗（如渦流）建議結(jié)合 Maxwell 與熱模塊聯(lián)合仿真。
5.
Fluent實(shí)用案例 | 螺旋翅片管式換熱器換熱仿真8個(gè)月前
通過此案例后續(xù)可以對(duì)進(jìn)一步通過參數(shù)化建模，對(duì)不同流速、基管尺寸、翅片半徑等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多工況的仿真計(jì)算，從而達(dá)到多目標(biāo)優(yōu)化的目的。
隨著800V高壓平臺(tái)、CTB電池技術(shù)普及，散熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)——多流道設(shè)計(jì)、異形密封面、納米級(jí)翅片間距等創(chuàng)新架構(gòu)，對(duì)幾何精度的控制達(dá)到納米級(jí)別。
它通常由一根管子和許多緊密排列的翅片組成，翅片可以固定在管子上或者與管子無縫地連接在一起，H型翅片管主要用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、船用或陸用柴油機(jī)組排煙廢熱回收的熱交換設(shè)備中，在石油、化工等領(lǐng)域也廣泛使用。
H型翅片管的傳熱效率受到多種因素的影響，如翅片形狀、尺寸、材質(zhì)以及流體流動(dòng)狀態(tài)等。通過進(jìn)行熱分析，可以深入了解這些因素對(duì)傳熱效率的具體影響，從而找到提高傳熱效率的有效途徑。
熱管最常見的應(yīng)用實(shí)例就是鑲嵌在散熱器中，將芯片的熱量充分均攤在散熱器基板或翅片上。如左下圖所示，當(dāng)芯片發(fā)出的熱量經(jīng)由導(dǎo)熱界面材料傳遞到散熱器上后，由于熱管導(dǎo)熱系數(shù)極高，熱量可以以極低的熱阻沿?zé)峁軅鞑?。此時(shí)，熱管又與散熱器翅片相連，熱量便可以更有效地通過整個(gè)散熱器散失到空氣當(dāng)中。右下圖是基板中鑲嵌熱管的散熱器。當(dāng)芯片發(fā)熱面積相對(duì)較小時(shí)，直接傳遞到散熱器的基板，會(huì)使得基板溫度分布具備較大的不均勻性。
電機(jī)端部冷卻模型
? Motor End Space Convection理論公式
? 電機(jī)外殼體冷卻：根據(jù)散熱翅片的布局和尺寸參數(shù)計(jì)算HTC
電機(jī)外殼體冷卻模型
? 散熱片冷卻理論公式
豎直散熱片
水平散熱片
液冷通道：根據(jù)通道的尺寸，材料，表面粗糙度，冷卻液流量計(jì)算HTC。
可快速計(jì)算不同擋板角度時(shí)，入口流量及流動(dòng)介質(zhì)的變化對(duì)流經(jīng)散熱翅片、電抗器等元件的氣體流動(dòng)狀態(tài)的變化，輔助變流器內(nèi)部流場(chǎng)仿真分析APP可查看不同擋板角度的幾何模型、速度、壓力云圖、速度矢量等所需結(jié)果?？蓪?duì)輔助變流器內(nèi)部的流場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為后續(xù)變流器內(nèi)部的通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
圖5 復(fù)制建立散熱片熱模型
6）為了精確捕捉翅片內(nèi)油的流動(dòng)，使用拖拽創(chuàng)建功能，在翅片內(nèi)油側(cè)空間建立體積區(qū)域，并對(duì)其設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)（體積區(qū)域厚度方向至少劃分3層網(wǎng)格）；同理對(duì)上下油箱的寬、高方向設(shè)置合理的網(wǎng)格個(gè)數(shù)或者網(wǎng)格尺寸。
管內(nèi)有冷卻液，在高溫端蒸發(fā)吸熱，另一端液化放熱，將熱量傳給和它焊在一起的翅片。最后風(fēng)扇從電腦底部把空氣吸入，流過翅片把熱量帶走，并從側(cè)面吹出。我們聽到的呼呼風(fēng)聲，主要是風(fēng)扇吹風(fēng)的噪音。
正好有一臺(tái)除濕機(jī)，拆開給大家看看，這邊是低溫翅片，空氣流過后，水就在翅片上析出，流入水箱，然后空氣繼續(xù)流過高溫翅片加熱回常溫，再流出去，我們讓它工作一會(huì)兒測(cè)一下兩組翅片的溫度，你看看是不是一低一高，大家看，低溫翅片是0℃，高溫翅片是20℃。這一冷一熱，看似空氣在里白折騰一圈，但就在前半階段就實(shí)現(xiàn)了把水給析出了。絕！
總結(jié)：對(duì)抗回南天，需要除濕就買臺(tái)除濕機(jī)。
