對流散熱
關(guān)注創(chuàng)建者：南京青松熱設(shè)計(jì)工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2020-06-06
對流散熱的視頻教程
fluent電機(jī)自然對流散熱仿真
講解fluent如何進(jìn)行自然對流散熱仿真，通過一個電機(jī)的二維仿真實(shí)例詳細(xì)講解 模型如何進(jìn)行處理 如何設(shè)置邊界條件 如何設(shè)置耦合壁面 如何設(shè)置非一致網(wǎng)格界面 材料設(shè)置 求解器設(shè)置 通過舉一反三，使學(xué)習(xí)者具備各種情況下fluent的自然對流散熱設(shè)置方法
￥40 1小時(shí)42分鐘 6976播放
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ABAQUS-雙金屬片開關(guān)熱結(jié)構(gòu)耦合模擬
本例采用C3D8RT熱-結(jié)構(gòu)耦合單元進(jìn)行直接耦合分析，共三個分析步：一是過盈量造成的應(yīng)力，二是過流加熱過程，采用體熱流量加熱，時(shí)長1s，三是冷卻過程，采用表面對流散熱，時(shí)長10s。輸出結(jié)構(gòu)引力應(yīng)變及溫度分布云圖。
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ABAQUS-鋁棒拉拔成型模擬（熱結(jié)構(gòu)耦合）
本案例基于ABAQUS6.14模擬了鋁棒拉拔成型過程，采用軸對稱模型和CAX4T單元，整個分析由四個分析步組成，第一步建立鋁材和模具的接觸，第二步進(jìn)行拉拔，第三部去除接觸（材料已擠壓出模具），第四步散熱冷卻過程，模擬時(shí)長分別1,10,0.1,10000。定義了鋁材的結(jié)構(gòu)和熱學(xué)材料參數(shù)，產(chǎn)熱與對流散熱，輸出應(yīng)力應(yīng)變，溫度場分布云圖。
￥20 34分鐘 434播放
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對流散熱的實(shí)例教程
散熱器：模型和參數(shù)化設(shè)置、散熱器優(yōu)化簡介
10.新材料建立、輻射系數(shù)的修改 11.計(jì)算域的設(shè)置
問題設(shè)置 Problem setup
掌握變量設(shè)置、
瞬態(tài)設(shè)置
問題設(shè)置 Problem setup 的General setup
1.求解變量 2.輻射類型
3.判斷流態(tài)判斷 4.湍流模型
5.自然對流設(shè)置 6.自然對流散熱需要考慮的問題
問題設(shè)置Problem setup的Default
7.如何修改默認(rèn)表面材料的發(fā)射率
8.真空工況只考慮導(dǎo)熱和輻射散熱時(shí)如何修改設(shè)置
問題設(shè)置Problem setup的transient setup
9.瞬態(tài)模擬分時(shí)計(jì)算時(shí)Restart和Full data 的設(shè)置
10.實(shí)例：如何設(shè)置在冷熱環(huán)境交替工作的環(huán)境溫度
11.在分析自然對流散熱時(shí)設(shè)置反重力方向的初始速度
問題設(shè)置Problem setup的Advanced
12.在不同海撥高度的自然空氣對流散熱的設(shè)置
13.修正在不同海撥高度的風(fēng)扇P-Q特性曲線的設(shè)置
14.不考慮自然對流散熱的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱分析
15.風(fēng)冷機(jī)箱的外壁通過設(shè)置對流換熱系數(shù)來模擬自然對流散熱
16.考慮風(fēng)冷機(jī)箱外殼的自然對流散熱和輻射散熱的混合冷卻
17.風(fēng)冷機(jī)箱內(nèi)導(dǎo)熱、自然對流、強(qiáng)迫對流、熱輻射混合散熱分析
求解設(shè)置
掌握各種殘差判據(jù)的設(shè)置
1.穩(wěn)態(tài)分析的迭代次數(shù)設(shè)置方法
2.瞬態(tài)分析每個時(shí)間步長的迭代次數(shù)設(shè)置方法
3.流動殘差標(biāo)準(zhǔn)、能量殘差數(shù)值設(shè)置方法
4.如何通過觀察殘差曲線來判斷模型錯誤
5.壓力迭代因子、動量方程迭代因子的設(shè)置
6.計(jì)算收斂的三個標(biāo)準(zhǔn) 7.導(dǎo)致不收斂的數(shù)個原因
8.自然對流散熱時(shí)計(jì)算域如何設(shè)置
展開 散熱器：模型和參數(shù)化設(shè)置、散熱器優(yōu)化簡介
10.新材料建立、輻射系數(shù)的修改 11.計(jì)算域的設(shè)置
問題設(shè)置 Problem setup
掌握變量設(shè)置、
瞬態(tài)設(shè)置
問題設(shè)置 Problem setup 的General setup
1.求解變量 2.輻射類型
3.判斷流態(tài)判斷 4.湍流模型
5.自然對流設(shè)置 6.自然對流散熱需要考慮的問題
問題設(shè)置Problem setup的Default
7.如何修改默認(rèn)表面材料的發(fā)射率
8.真空工況只考慮導(dǎo)熱和輻射散熱時(shí)如何修改設(shè)置
問題設(shè)置Problem setup的transient setup
9.瞬態(tài)模擬分時(shí)計(jì)算時(shí)Restart和Full data 的設(shè)置
10.實(shí)例：如何設(shè)置在冷熱環(huán)境交替工作的環(huán)境溫度
11.在分析自然對流散熱時(shí)設(shè)置反重力方向的初始速度
問題設(shè)置Problem setup的Advanced
12.在不同海撥高度的自然空氣對流散熱的設(shè)置
13.修正在不同海撥高度的風(fēng)扇P-Q特性曲線的設(shè)置
14.不考慮自然對流散熱的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱分析
15.風(fēng)冷機(jī)箱的外壁通過設(shè)置對流換熱系數(shù)來模擬自然對流散熱
16.考慮風(fēng)冷機(jī)箱外殼的自然對流散熱和輻射散熱的混合冷卻
17.風(fēng)冷機(jī)箱內(nèi)導(dǎo)熱、自然對流、強(qiáng)迫對流、熱輻射混合散熱分析
求解設(shè)置
掌握各種殘差判據(jù)的設(shè)置
1.穩(wěn)態(tài)分析的迭代次數(shù)設(shè)置方法
2.瞬態(tài)分析每個時(shí)間步長的迭代次數(shù)設(shè)置方法
3.流動殘差標(biāo)準(zhǔn)、能量殘差數(shù)值設(shè)置方法
4.如何通過觀察殘差曲線來判斷模型錯誤
5.壓力迭代因子、動量方程迭代因子的設(shè)置
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8.自然對流散熱時(shí)計(jì)算域如何設(shè)置
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10.新材料建立、輻射系數(shù)的修改 11.計(jì)算域的設(shè)置
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1.求解變量 2.輻射類型
3.判斷流態(tài)判斷 4.湍流模型
5.自然對流設(shè)置 6.自然對流散熱需要考慮的問題
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7.如何修改默認(rèn)表面材料的發(fā)射率
8.真空工況只考慮導(dǎo)熱和輻射散熱時(shí)如何修改設(shè)置
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9.瞬態(tài)模擬分時(shí)計(jì)算時(shí)Restart和Full data 的設(shè)置
10.實(shí)例：如何設(shè)置在冷熱環(huán)境交替工作的環(huán)境溫度
11.在分析自然對流散熱時(shí)設(shè)置反重力方向的初始速度
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12.在不同海撥高度的自然空氣對流散熱的設(shè)置
13.修正在不同海撥高度的風(fēng)扇P-Q特性曲線的設(shè)置
14.不考慮自然對流散熱的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱分析
15.風(fēng)冷機(jī)箱的外壁通過設(shè)置對流換熱系數(shù)來模擬自然對流散熱
16.考慮風(fēng)冷機(jī)箱外殼的自然對流散熱和輻射散熱的混合冷卻
17.風(fēng)冷機(jī)箱內(nèi)導(dǎo)熱、自然對流、強(qiáng)迫對流、熱輻射混合散熱分析
求解設(shè)置
掌握各種殘差判據(jù)的設(shè)置
1.穩(wěn)態(tài)分析的迭代次數(shù)設(shè)置方法
2.瞬態(tài)分析每個時(shí)間步長的迭代次數(shù)設(shè)置方法
3.流動殘差標(biāo)準(zhǔn)、能量殘差數(shù)值設(shè)置方法
4.如何通過觀察殘差曲線來判斷模型錯誤
5.壓力迭代因子、動量方程迭代因子的設(shè)置
6.計(jì)算收斂的三個標(biāo)準(zhǔn) 7.導(dǎo)致不收斂的數(shù)個原因
8.自然對流散熱時(shí)計(jì)算域如何設(shè)置
展開 為了考察不同層數(shù)的PCB板導(dǎo)熱系數(shù)對仿真結(jié)果的影響，改變PCB板導(dǎo)熱系數(shù)，對同樣三種類型（單管腳、雙管腳1、雙管腳2）的二極管進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：
模型1.9
模型1.10
模型1.11
對比之前溫度：
導(dǎo)熱系數(shù)27 W/(mK)
(沿板面)
導(dǎo)熱系數(shù)為68.6 W/(mK)
(沿板面)
單管腳模型
自然散熱管腳類器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
72.8℃
69.8℃
雙管腳1模型
自然散熱管腳類器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
66.7℃
64.7℃
雙管腳2模型
自然散熱管腳類器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
66.6℃
64.9℃
通過對比不同的PCB板導(dǎo)熱系數(shù)所得值可以看到，在三種模型下算得的溫度均相差不大（溫差在2℃之內(nèi)），因此根據(jù)以往的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)來看不需要再改動參數(shù)即可較好的吻合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
綜上總結(jié)自然散熱管腳類器件flotherm仿真經(jīng)驗(yàn)如下：
1. 對于管腳類器件的自然對流散熱的仿真，管腳需深入PCB板中，否則會產(chǎn)生很大的計(jì)算誤差。
2. 對于板級自然對流散熱的仿真，二極管管腳個數(shù)的多少可以通過等效換算成單根管腳的粗細(xì)度可以很好的接近實(shí)際模型，同時(shí)簡化了建模。
3. 對于板級自然對流散熱的仿真，二極管管腳的橫置豎置形狀的變化對最后的溫度計(jì)算影響很小，結(jié)合第2點(diǎn)運(yùn)用就可以在保證足夠準(zhǔn)確度的前提下，簡化模型設(shè)置，加快仿真速度。
4. 對于板級自然對流散熱的仿真，PCB板的材料屬性設(shè)置可以按照：沿板面27 W/(mK)，沿板厚0.3 W/(mK)做通用設(shè)置，可以保證一般要求。
展開 3.1 自然對流散熱
圖2為自然對流條件下，電池模塊艙段中心截面的溫度氣流分布，其中電池模塊中上部的紅色區(qū)域溫度最高，最高可達(dá)63.4℃，電池模塊溫度沿中心向外逐漸降低，且底部電池單元的溫度比頂部電池單元的溫度低，最低約51℃。電池艙內(nèi)空氣溫度分層，電池模塊周圍的氣體受熱，進(jìn)而上升，在頂端遇到較冷的電池艙段內(nèi)壁后，沿內(nèi)壁下降，隨后在底部繼續(xù)受熱上升并進(jìn)行循環(huán)，自然對流條件下，艙內(nèi)空氣流動緩慢，最大氣流速度僅0.18m/s。電池模塊中心留有3 mm的縫隙，但縫隙較小，從縫隙中通過的氣流較少，無明顯散熱效果。
圖2 自然對流中心截面溫度氣流分布圖
3.2 風(fēng)冷散熱
在電池模塊下方設(shè)置2個離心風(fēng)機(jī)以加強(qiáng)艙內(nèi)散熱效果，電池模塊艙段中心截面的溫度氣流分布如圖3所示，電池模塊中心溫度依舊最高，最高可達(dá)58℃，由于風(fēng)機(jī)的作用，艙內(nèi)空氣流速加快，氣流沿艙壁進(jìn)行循環(huán)，平均速度可達(dá)0.5m/s，沿艙壁艙內(nèi)空氣與電池艙段內(nèi)壁的對流換熱增大，使得電池模塊的溫度出現(xiàn)明顯的降低，電池模塊最大溫度和平均溫度均下降5℃左右。
圖3 風(fēng)冷散熱中心截面溫度氣流分布圖
自然對流和風(fēng)冷散熱條件下的電芯最高溫度曲線如圖4所示，風(fēng)冷散熱可明顯降低電池艙段內(nèi)的電芯最高溫度，最大降幅在頂部33號電芯處可達(dá)8℃，在底部64號電芯的最小降幅也可達(dá)2.5℃。此外，風(fēng)冷散熱對電芯之間的溫差無明顯改善作用，電芯的溫度分布情況也基本一致。
圖4 自然對流和風(fēng)冷散熱的電芯最高溫度對比
3.3 風(fēng)機(jī)功率對風(fēng)冷散熱的影響
調(diào)節(jié)離心風(fēng)機(jī)的散熱功率并匹配風(fēng)量風(fēng)壓P-Q曲線，使風(fēng)機(jī)的功率分別為3 W、8 W和18 W,電芯最高溫度曲線如圖5所示，電芯的最高溫度在風(fēng)機(jī)功率18W和3W時(shí)相差可達(dá)16℃，電芯之間的最大溫差也從8.7℃降低到5.7℃。
展開 
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對流散熱的最新內(nèi)容
金屬散熱片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增大了發(fā)動機(jī)的表面積，從而通過對流方式提升了散熱速率。本案例利用模擬技術(shù)比較了三種不同設(shè)計(jì)在散熱效率方面的差異。這有助于加深對瞬態(tài)熱分析、邊界條件(瞬態(tài)熱分析中的重要因素)以及瞬態(tài)熱分析如何幫助我們做出工程決策的理解。
三、諾冠（IMI Norgren）的冷卻實(shí)現(xiàn)方案
針對確有冷卻需求的應(yīng)用，諾冠提供多種高效、可靠的熱管理策略：
自然對流散熱設(shè)計(jì)
優(yōu)化閥體結(jié)構(gòu)，增加散熱鰭片，提升表面積，適用于中等負(fù)載場景。
強(qiáng)制風(fēng)冷
在閥體周圍加裝小型風(fēng)扇，加速空氣流動，適用于封閉電柜或空間受限但溫升可控的場合。
以上來源于網(wǎng)絡(luò)總結(jié)，個人總結(jié)起來就一句話：
優(yōu)化對流散熱用CFD，優(yōu)化熱傳導(dǎo)用ANSYS Mechanical
施加直流電流及溫度，以及對流散熱等邊界條件。
這類產(chǎn)品的散熱方式主要是以空氣對流散熱為主，而隨著海拔高度的增加，空氣密度會降低，空氣的質(zhì)量流量也會隨之下降，致使熱傳導(dǎo)也將減少，導(dǎo)致產(chǎn)品過熱失效。所以產(chǎn)品的溫升會隨著大氣壓力的降低（海拔高度的增加）而升高，并呈線性關(guān)系，其斜率取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，散熱方式和環(huán)境溫度等因素。雖然海拔高度增加，對流散熱減少，但輻射散熱會增加，也就是說在極高的海拔高度中，輻射散熱是主要的散熱方式。
3.
計(jì)算參數(shù)及邊界設(shè)置
塔入口煙氣壓力1500Pa；塔入口煙氣溫度155℃；塔入口煙氣量716840℃
根據(jù)上述表格數(shù)據(jù)設(shè)置邊界參數(shù)如下：
入口：速度入口（velocity-inlet），20.13m/s
出口：壓力出口（pressure-outlet），0Pa
壁面：無滑移邊界條件，標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，對流散熱系數(shù)5W/m2·K。
散熱性能佳：異步電機(jī)的散熱主要通過空氣對流實(shí)現(xiàn)，其散熱效率較高，能夠在高負(fù)載和高溫環(huán)境下保持良好的性能，減少了因過熱導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)。
三、應(yīng)用場景
異步電機(jī)廣泛應(yīng)用于新能源汽車的主驅(qū)動系統(tǒng)中，尤其適合中低端市場和城市通勤車輛。例如，比亞迪的部分車型和特斯拉Model 3的早期版本均采用了異步電機(jī)。
無論是機(jī)箱強(qiáng)迫對流散熱，還是液冷散熱仿真，都能快速得出結(jié)果，滿足工程師對高效計(jì)算的需求。
強(qiáng)迫對流散熱、液冷散熱案例結(jié)果圖
Intel i7 8核并行與NVIDIA A4000單顯卡案例運(yùn)行時(shí)間及加速比結(jié)果對比
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而且即便得出在某種情況下人在濕空氣中對流散熱更多，但濕空氣中的熱傳導(dǎo)和熱輻射散熱少呀，所以綜合后，也很難得出在濕空氣中散熱是多還是少的結(jié)論。
研究到這里很頭疼，陷入僵局，如果前面實(shí)驗(yàn)濕冷更冷的結(jié)論是對的，感覺并沒有找到有力的證據(jù)。
