ansys進行散熱仿真的案例
用Fluent進行電子器件散熱仿真分析，這些經驗不可不知
張楊
仿真xiu專欄作者
在使用Fluent軟件進行電子器件散熱仿真分析的過程中，我們不可避免的要對實際的各種零部件進行簡化和處理。不管是幾何層面、網格層面還是求解器設定層面，不同的部件都有相應的處理方法。下面就針對散熱仿真中的一些專用的設備（如風扇、格柵、擋板等）進行描述。
值得一提的是，如果條件允許，仍舊強烈推薦通用的電子散熱問題使用 Icepak 軟件進行仿真計算，因為其在各個方面的工作效率都遠高于Fluent（比如常用散熱設備的處理，Icepak 已經具備了基于對象的求解方法）。
散熱翅片
散熱翅片又稱翅片式散熱器，是氣體或液體熱交換器中使用最為廣泛的一種換熱設備，同時也是 Fluent仿真中電子散熱問題最為常見的設備。
圖1 散熱翅片是最為常見的散熱設備之一
對于散熱翅片，通常不需要做額外的處理，也不建議做模型的簡化。
如下圖所示，由于翅片本身在法向上尺寸較小，其他兩個方向尺度又大，所以部分工程師很容易聯想到通過無厚度壁面的方式，對翅片進行簡化，從而降低網格數量。但是散熱翅片本身直接與發熱體相連，溫度梯度大，對整個流場的溫度分布影響也較大，所以通常情況下，這是不允許的。
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作者 ：張楊 流體高級工程師 仿真秀專欄作者
來源：仿真秀公眾號（ID:fangzhenxiu2018）
在使用Fluent軟件進行電子器件散熱仿真分析的過程中，我們不可避免的要對實際的各種零部件進行簡化和處理。不管是幾何層面、網格層面還是求解器設定層面，不同的部件都有相應的處理方法。下面就針對散熱仿真中的一些專用的設備（如風扇、格柵、擋板等）進行描述。
值得一提的是，如果條件允許，仍舊強烈推薦通用的電子散熱問題使用 Icepak 軟件進行仿真計算，因為其在各個方面的工作效率都遠高于Fluent（比如常用散熱設備的處理，Icepak 已經具備了基于對象的求解方法）。
一、散熱翅片
散熱翅片又稱翅片式散熱器，是氣體或液體熱交換器中使用最為廣泛的一種換熱設備，同時也是 Fluent仿真中電子散熱問題最為常見的設備。
圖1 散熱翅片是最為常見的散熱設備之一
對于散熱翅片，通常不需要做額外的處理，也不建議做模型的簡化。
如下圖所示，由于翅片本身在法向上尺寸較小，其他兩個方向尺度又大，所以部分工程師很容易聯想到通過無厚度壁面的方式，對翅片進行簡化，從而降低網格數量。但是散熱翅片本身直接與發熱體相連，溫度梯度大，對整個流場的溫度分布影響也較大，所以通常情況下，這是不允許的。
圖2 散熱翅片的兩種處理方式
圖3 散熱翅片的兩種處理方式（網格情況）
圖4 散熱翅片的兩種處理方式（求解結果）
通過測試算例可知，采用直接實體建模的工況與Shell殼導熱工況存在巨大的數據結果差別。翅片無厚度簡化過工況的散熱效果，要遠遠強于實體建模的情況（差別在4-5K左右）。
展開 高效冷卻硅基微通道散熱器的設計、制造及表征---采用FloEFD進行仿真分析 ￥100
3D集成電路中持續累積的熱耗已經限制了其應用，如何快速有效的進行散熱是該領域亟需解決的問題。本文針對三種不同微流道散熱結構，建立了三維CFD模型來研究其流阻性能和散熱能力。為了驗證數值計算的結果，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熱。設計并加工了熱測試夾具，自行搭建了液冷測試系統來進行不同結構的熱性能測試。測試結果進一步驗證了仿真的合理性，最終采用蛇形散熱結構實現了443W/cm2的熱流密度。
展開 【經驗貼】用Fluent進行電子器件散熱仿真分析，這些經驗必須要知道！
前言
在使用Fluent軟件進行電子器件散熱仿真分析的過程中，我們不可避免的要對實際的各種零部件進行簡化和處理。不管是幾何層面、網格層面還是求解器設定層面，不同的部件都有相應的處理方法。下面就針對散熱仿真中的一些專用的設備（如風扇、格柵、擋板等）進行描述。
值得一提的是，如果條件允許，仍舊強烈推薦通用的電子散熱問題使用 Icepak 軟件進行仿真計算，因為其在各個方面的工作效率都遠高于Fluent（比如常用散熱設備的處理，Icepak 已經具備了基于對象的求解方法）。
散熱翅片
散熱翅片又稱翅片式散熱器，是氣體或液體熱交換器中使用最為廣泛的一種換熱設備，同時也是 Fluent仿真中電子散熱問題最為常見的設備。
圖1 散熱翅片是最為常見的散熱設備之一
對于散熱翅片，通常不需要做額外的處理，也不建議做模型的簡化。
如下圖所示，由于翅片本身在法向上尺寸較小，其他兩個方向尺度又大，所以部分工程師很容易聯想到通過無厚度壁面的方式，對翅片進行簡化，從而降低網格數量。但是散熱翅片本身直接與發熱體相連，溫度梯度大，對整個流場的溫度分布影響也較大，所以通常情況下，這是不允許的。
圖2 散熱翅片的兩種處理方式
圖3 散熱翅片的兩種處理方式（網格情況）
圖4 散熱翅片的兩種處理方式（求解結果）
通過測試算例可知，采用直接實體建模的工況與Shell殼導熱工況存在巨大的數據結果差別。翅片無厚度簡化過工況的散熱效果，要遠遠強于實體建模的情況（差別在4-5K左右）。
薄壁導流板
薄壁導流板簡稱擋板，其主要作用是場導向，終極目標是將散熱區域的流體流動最高效的應用起來，以達到調整流動方向、降低渦流（回流）和壓降、增強高溫區域流動的目的。
展開 
仿真應用 | ANSYS Icepak 散熱仿真系列-CAD模型的識別與簡化
ANSYS Icepak 作為一款專門用于電子產品散熱分析的仿真軟件，集幾何建模、網格生成、求解和后處理于一體。在封裝、組件、板和系統級的熱分析領域獲得日益廣泛的關注。
ANSYS Icepak 的幾何建模包括自建模型和模型導入兩種方式，其中模型導入更為常用，即將CAD模型進行轉化處理后導入 ANSYS Icepak 軟件。本文主要介紹以 ANSYS SCDM 為基礎的 ANSYS Icepak 模型導入及其處理方式，
包括模型識別與模型轉化。
模型識別是指將 CAD 模型轉為 ANSYS Icepak 認可的三維模型，并進行適當的幾何處理，刪除產品上不影響散熱或發熱的零件整體或細節特征，以及一些不必要的圓角設計，可通過ANSYS SCDM 中 Workbench 選項卡內的 Identify Objects（識別對象）進行操作。
模型簡化是指將無法直接識別或需簡化處理的 CAD 模型進行操作，使它們能夠與ANSYS Icepak 對象幾何相容。ANSYS SCDM 中的 IcePak Simplify（仿真簡化）工具用于簡化主體，其中簡化類型分別為0級、1級、2級、3級。
展開 基于ANSYS的水冷電機控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩態熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發熱器件的散熱狀態,得出水冷散熱的仿真效果比常態下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產品小型化的發展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來越大，其運行時會產生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結構空間的散熱，保證其不超過耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對其進行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對其主要發熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結構降階處理
對5.5 k W控制器進行3D建模，顯示控制器有1215個部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會使模擬計算量和時間增加，一般需要進行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發熱器件為8個電容及3個IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發熱不嚴重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進行分離，防止后期網格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網格劃分不合適，計算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網格設置
網格劃分的好壞直接關系到計算的結果和計算時間的長短，所以在進行網格劃分的時候，優先選擇曲面狀的物體進行網格劃分，這樣在網格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 Ansys fluent16.0流固耦合散熱仿真
穩態求解：風扇用MRF模型，在cell zone conditions中勾選Frame motion，設置好旋轉中心和轉速；
一、流固耦合交界面處理方法：
1、在SCDM中設置共享拓撲；
2、打開fluent meshing，軟件自動生成contact，每個接觸重命名為interface，在fluent中會自動生成交界面；
3、把自動生成的contact刪除，單獨命名各個接觸面為interface，之后在fluent/mesh interfaces中手動匹配；
4、將接觸的part進行form new part操作，之后就不用進行交界面的耦合操作（共節點）；
二、常見報錯：
1、 does not support overlapping geometry in contact region;
2、 does not support overlapping geometry in named sections;
第一種報錯是因為有一個面被設置在了多個接觸對中，檢查接觸面，刪除重復接觸面；
第二種報錯是因為有一個面被重復的命名，檢查named section，刪除重復命名截面；
展開 Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
電機的冷卻方式，主要是指對電機散熱采用什么冷卻介質和相應的流動途徑。改進電機的冷卻技術，對提高電機的利用系數和效率及增加可靠性和壽命，特別對提高大型電機的單機容量，都具有重要意義。
為了找到最佳電機冷卻方式，需要對電機在工作過程中的核心流動問題進行CFD仿真分析。通常電機CFD仿真分析的核心即是電機散熱系統分析，涉及通風系統、通風部件、換熱部件的設計優化以及電機核心部件溫升（起動時及額定工況）等問題。
來稿 | Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
關于Ansys CFD
計算流體動力學 (CFD) 是一款操作靈活、結果精確、應用廣泛的仿真工具。Ansys CFD 不僅能提供定性結果，還可就流體的相互作用和平衡做出準確的定量預測，讓新手和專家用戶都能運行出色的 CFD 仿真。全新基于任務的工作流程有助于用戶開展更多的工作：只需進行簡單的學習便可在較短時間內準確地解決復雜問題。
干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
3.4 在Simplorer完成電池包電路仿真
模型搭建完成之后就可以在Simplorer中進行電池包電路系統的仿真分析，得到各種電池特性曲線，其中電池的熱耗散可以作為CFD分析的熱源輸入數值，用于與ROM的耦合分析。
4、完整的電池包熱分析模型
由以上介紹可知，ANSYS是在Simplorer這一個平臺中創建了LIT ROM、SVD ROM和ECM三個模型，在這基礎之上，就可以搭建如圖9所示的完整電池包熱分析模型。
在這一個ECM和ROM耦合的模型中，ECM計算電池熱源的熱耗散并把數據傳遞給兩個ROM，其中LTI ROM計算出電池的平均溫度并把此溫度反饋回ECM，這樣就可以考慮溫度對電池放電的影響，而SVD ROM則計算并保存了整個溫度場分布隨時間變化的過程。
從圖10可以看出傳統CFD分析方法和降階處理方法在計算時間上的差別，按傳統CFD分析方法進行瞬態分析在單核計算情況下需要約5個小時，而降階處理方法僅僅需要耗費幾秒鐘，即使加上生成ROM的時間也不超過半小時。而且在實際應用中，模型越大，這種時間上的差距就越大。
展開 研討會 | 5月21日“LS-DYNA在電子電器仿真中的應用（上）--使用LS-DYNA多物理場功能進行電子電器散熱分析”報名！
研究表明，無法良好的散熱會導致芯片溫度過高，會產生較低的量子效應、較短的使用周期，造成電子電器可靠性下降。LS-DYNA的Thermal功能包含常用的傳導、對流、輻射等傳熱方式，材料參數也可隨溫度發生變化，且可同時耦合結構應力，可以得到溫度變化所產生的結構應力。
此外，LS-DYNA的ICFD則具備計算流體散熱的能力，以考慮電子產品的散熱問題。通過耦合求解能量方程計算電子產品（元器件級、PCB 板級和系統級）或散熱齒（片）和冷卻氣/液之間的對流換熱，從而對電子產品熱設計進行精確的數值仿真，提供風（流）道的優化設計，可以方便地進行流體/結構/溫度三個物理場的耦合計算。
為幫助LS-DYNA用戶更好的了解LS-DYNA在電子電器行業的應用，Ansys中國聯合上海仿坤軟件科技有限公司將于5月21日（周五）舉辦《LS-DYNA在電子電器仿真中的應用（上）--使用LS-DYNA多物理場功能進行電子電器散熱分析》免費直播。歡迎報名參加！
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干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
3.4 在Simplorer完成電池包電路仿真
模型搭建完成之后就可以在Simplorer中進行電池包電路系統的仿真分析，得到各種電池特性曲線，其中電池的熱耗散可以作為CFD分析的熱源輸入數值，用于與ROM的耦合分析。
4、完整的電池包熱分析模型
由以上介紹可知，ANSYS是在Simplorer這一個平臺中創建了LIT ROM、SVD ROM和ECM三個模型，在這基礎之上，就可以搭建如圖9所示的完整電池包熱分析模型。
在這一個ECM和ROM耦合的模型中，ECM計算電池熱源的熱耗散并把數據傳遞給兩個ROM，其中LTI ROM計算出電池的平均溫度并把此溫度反饋回ECM，這樣就可以考慮溫度對電池放電的影響，而SVD ROM則計算并保存了整個溫度場分布隨時間變化的過程。
從圖10可以看出傳統CFD分析方法和降階處理方法在計算時間上的差別，按傳統CFD分析方法進行瞬態分析在單核計算情況下需要約5個小時，而降階處理方法僅僅需要耗費幾秒鐘，即使加上生成ROM的時間也不超過半小時。而且在實際應用中，模型越大，這種時間上的差距就越大。
展開 ANSYS Icepak封裝級電子散熱仿真解決方案
ANSYS Icepak–完整的熱仿真工具
Icepak提供完整的熱仿真流程/能力
可集成于ANSYS Workbench，利用WB中的其它軟件，完成上下游工作/多物理場分析
ANSYS ICEPAK的專業之處
快速建模功能：ANSYS Icepak擁有一系列“Object”，借助于它們，用戶可以快速建立常見的電子器件。
ECAD & MCAD 數據導入：ANSYS Icepak可以導入各種格式的ECAD和MCAD數據格式
貼體網格自動劃分Fluent求解器：
- ANSYS Icepak可以自動劃分高質量的貼體網格，而非一般電子散熱仿真工具非常粗糙的階梯型網格。網格算法靈活多變，可根據具體問題選擇最為合適的方法。Icepak網格技術在沒有損失求解精度的情況下使得模擬速度大大加快！
- ANSYS Icepak使用全球CFD市場占有率最高的ANSYS FLUENT求解器。
展開 從零開始學散熱——實用Ansys Icepak熱仿真教程——課程案例文件
Icepak Cases for the Training.zip
視頻教程地址：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c11492
另外，從零開始學散熱——實用Flotherm熱仿真教程地址
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12616
2021年春季----電子產品散熱理論設計與ANSYS ICEPAK仿真實戰技術高級培訓班招生簡章
專業熱設計人必學必會182講散熱理論設計視頻培訓課程，了解本課程請點擊下面鏈接：
ANSYS ICEPAK 視頻培訓課程，了解本課程請點擊下面鏈接：
南京青松熱設計工作室精彩視頻教程：
電子產品散熱理論設計視頻培訓課程：
專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程（國內首套有關散熱理論設計的系統培訓課程）
ANSYS ICEPAK 視頻培訓課程：
我所理解的熱仿真---ANSYS ICEPAK電子散熱仿真全套原創視頻教程
水冷電機散熱理論設計與仿真視頻培訓課程：
新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與ANSYS ICEPAK熱仿真
大功率開關電源仿真視頻培訓課程：
電解電容的發熱損耗計算與分析
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