ansys冷卻仿真的案例
Moldex3D仿真分析之運用冷卻水路回路精靈有效建構(gòu)模具冷卻系統(tǒng)
在射出成型領(lǐng)域中，冷卻系統(tǒng)至關(guān)重要。塑件必須冷卻固化至特定溫度，脫模頂出時才能具備足夠的剛性，以避免塑件因外力產(chǎn)生變形，并可保持尺寸穩(wěn)定性。此外，冷卻時間占整個成型周期70%-80%的時間，因此良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮減成型周期、提升產(chǎn)能。
然而對許多大型產(chǎn)品的模具而言，水路數(shù)量多且復(fù)雜，這導(dǎo)致在分析之前，須耗費大量時間整理模具中各群水路的進(jìn)出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理、編輯水路線條的便利工具，能有效、快速整理復(fù)雜的水路路線，加速前處理進(jìn)程；并以線條代替3D實體水路，減少網(wǎng)格生成的失敗率，提升仿真分析速度。
冷卻水路回路精靈能自動生成最長的適當(dāng)水路曲線，并標(biāo)示進(jìn)出口。在擁有實體3D水路以及水路進(jìn)出口位置的前提下，該功能可協(xié)助用戶快速建立水路回路曲線。本文將示范使用工具頁的中心線、連接信道曲線，再透過冷卻水路回路精靈完成水路回路及進(jìn)出水口設(shè)定*。
*注：本文所介紹的功能僅供演示目的，冷卻水路回路精靈支持更多樣的建立水路曲線功能。
操作流程
步驟1：萃取水路的中心線條
匯入幾何后，在建立水路前，先使用工具欄的中心線來萃取模型中的3D實體水路幾何面，擷取所需的水路幾何線條。點選中心線并進(jìn)入建構(gòu)中心線的接口后，框選要萃取中心線的實體水路曲面群，也可以一次框選多個實體水路曲面群，框選好之后點選確認(rèn)，即完成中心線萃取（右下方圖中的黃色中心線條）。
步驟2：整理連接不完整的水路線條
由工具欄點選連接信道曲線，并框選之前產(chǎn)生的中心線條，點選打勾完成，就會發(fā)現(xiàn)之前未連接的線條已自動連接。
步驟3：用冷卻水路回路精靈完成水路回路及進(jìn)出水口設(shè)定
在模型頁面點選回路精靈中的冷卻水路回路精靈，框選連接好的水路線條，再一次點選抓取完成選取。
展開 【STAR-CCM+電池冷卻】基于直流道液冷板的動力電池冷卻性能仿真
3 仿真結(jié)果及分析
3.1 液冷板溫度分布對比
對冷卻液質(zhì)量流量Qin = 0.25 kg/s，入口溫度θin =20 ℃工況進(jìn)行仿真計算，得到液冷板溫度分布，如圖5所示。由于模型1 的回流橫向流道窄（流道右端與液冷板右側(cè)內(nèi)壁之間的通道），冷卻液流速大, 在慣性力的作用下，冷卻液向外側(cè)流道流動的現(xiàn)象，回流側(cè)冷卻液分布不均勻，各流道散熱能力差異較大導(dǎo)致最內(nèi)側(cè)流道溫度遠(yuǎn)高于其他流道。與模型1 相比，模型2 的回流橫向流道呈V 型，在匯流處流道寬度較大，冷卻液流速較低，慣性力作用較弱。此外，冷卻液從內(nèi)向外依次提前回流，可以減緩冷卻液向外側(cè)流道流動的現(xiàn)象。冷卻液流速分布均勻使得內(nèi)側(cè)流道具有較好散熱效果，避免了液冷板回流內(nèi)側(cè)溫度過高，液冷板溫度均勻性更好。
3.2 電池組溫度分布對比
在冷卻液質(zhì)量流量0.25 kg/s，入口溫度20 ℃工況下進(jìn)行仿真計算，得到液冷板溫度分布，如圖6 所示。電池組溫度分布呈現(xiàn)上部溫度高、下部溫度低、電池模組間的溫度分布較為均勻的現(xiàn)象。模型1 電池模組的高溫區(qū)域明顯多于模型2 電池模組的高溫區(qū)域，而且模型2 電池組的最高溫度和最大溫差均低于模型1，模型2 電池組溫度分布更均勻。但由于電池組產(chǎn)熱率較大并且在電池模組高度方向上傳熱路徑太長，模型1 和模型2 均存在電池模組上部散熱不佳的問題，導(dǎo)致電池模組在高度方向上溫度差異較大。
3.3 冷卻液質(zhì)量流量對冷卻液壓降的影響
保持冷卻液入口溫度為20 ℃，調(diào)節(jié)冷卻液質(zhì)量流量Qin 分別設(shè)為0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 kg/s 進(jìn)行仿真模擬，液冷板壓降Δp 隨冷卻液質(zhì)量流量Qin 的變化情況如圖7 所示。
展開 某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)的一維及三維聯(lián)合仿真
摘 要：為提高整車熱管理系統(tǒng)的仿真效率和精度，文章以某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)為例，采用一維及三維聯(lián)合仿真的方式，利用三維仿真獲取空氣側(cè)支路的各項性能參數(shù)，后導(dǎo)入一維軟件中進(jìn)行計算，評估電驅(qū)冷卻支路所需的最低流量。最終確定在使用現(xiàn)有風(fēng)扇和散熱器的情況下，電驅(qū)路流量至少需達(dá)到16 L/min才能滿足冷卻系統(tǒng)≤100℃的要求。
關(guān)鍵詞：熱管理;電驅(qū)冷卻;聯(lián)合仿真;
隨著混合動力技術(shù)的快速發(fā)展，行業(yè)和客戶對整車熱管理系統(tǒng)的要求也越來越高。目前行業(yè)內(nèi)主要還是依靠試驗的方式來進(jìn)行性能確認(rèn)和控制策略標(biāo)定，這種方式成本高、周期長，大大影響了產(chǎn)品開發(fā)的速度。傳統(tǒng)的三維仿真雖然能對局部熱管理系統(tǒng)進(jìn)行計算預(yù)測，但是針對多系統(tǒng)耦合的發(fā)艙熱管理存在計算效率偏低的問題。
本文以某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)為例[1]，采用一維及三維聯(lián)合仿真的方式，在僅有風(fēng)扇及散熱器數(shù)模的情況下，首先通過三維仿真算出一維所需的零部件性能曲線，后在一維軟件中通過多次調(diào)整流量邊界，最終確定該系統(tǒng)流量達(dá)到16 L/min才能滿足冷卻系統(tǒng)≤100℃的要求。
1 風(fēng)扇性能求解
1.1 計算目的
對風(fēng)扇流場進(jìn)行求解的目的是獲取風(fēng)扇的靜壓-流量曲線，該曲線為FloMASTER中風(fēng)扇元件設(shè)置的必要性能曲線，表示空氣通過風(fēng)扇后壓力的升高值與通過風(fēng)扇的流量之間的關(guān)系。因此，在僅有風(fēng)扇數(shù)模的情況下，可以通過三維仿真軟件PumpLinx計算風(fēng)扇的靜壓及流量數(shù)據(jù)，將其作為數(shù)據(jù)輸入，聯(lián)合一維仿真軟件進(jìn)行空氣側(cè)系統(tǒng)的整體求解。
1.2 計算邊界及模型
空氣域和轉(zhuǎn)子域的計算邊界如表1所示。其中空氣域為葉輪交界面與殼體圍成的氣體域，轉(zhuǎn)子域為葉輪交界面與葉輪圍成的旋轉(zhuǎn)氣體域。
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(jìn)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(xì)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(dá)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(jìn)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 
基于ABAQUS-CEL的刀體冷卻仿真
基于ABAQUS-CEL的刀體冷卻仿真
操作技巧- Fluent自然對流冷卻仿真注意事項
根據(jù)用戶們向Ansys流體技術(shù)團(tuán)隊反饋的在自然對流冷卻仿真過程中存在的問題，Ansys工程師做了系統(tǒng)的解答匯總。以下知識點雖然都是在Fluent中進(jìn)行實現(xiàn)，但方法是普適的，在其它CFD軟件中計算時同樣需要注意，希望對大家有所幫助。
關(guān)鍵知識點匯總
?網(wǎng)格方面：空氣域需要有邊界層網(wǎng)格，且最大長寬比不宜超過40
?求解器方面：需要使用雙精度求解器
?打開重力
?物性密度方面
‐Incompressibleideal gas->指定操作密度
‐Boussinesq：要求溫度變化較小（<20%）; 指定操作溫度
?壓力空間離散格式: body force weighted 或者Presto!
?需要計算非穩(wěn)態(tài)時間常數(shù)，時間步長取其1/4左右
?P-V耦合
‐推薦使用coupled; CFL設(shè)置為100，密度松弛因子0.8
‐simple也可以計算
?初始時使用一階算法，穩(wěn)定后切換到二階
?Bodyforce 松弛因子不宜大于0.5
?必要時可關(guān)閉溫度的二階梯度
以下是對上述點具體實現(xiàn)的描述：
在WTM中可實現(xiàn)對長寬比生成的控制
打開重力
物性密度操作
壓力離散格式
時間步長計算
PV耦合
關(guān)閉溫度二階梯度
相關(guān)資料：
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來源：Ma Shihu，Jing Wenming，Ansys 流體大本營
展開 紅外加熱爐冷卻通道設(shè)計及熱-流耦合仿真 ￥1000
本案例設(shè)計建立了一紅外加熱爐，并對模型進(jìn)行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關(guān)模塊，仿真了爐內(nèi)物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結(jié)果如下所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
基于內(nèi)部通道冷卻的渦輪葉片熱應(yīng)力仿真 ￥5
在渦輪機行業(yè)，用流體冷卻渦輪葉片是常見的做法 流經(jīng)冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片失效。
在典型的熱應(yīng)力分析中，溫度被計算出來，然后應(yīng)用為 應(yīng)力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對共軛傳熱進(jìn)行建模 計算流體動力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計算資源。CFD 的降階模型，假設(shè)一維流 通過孔，可以提供一種廉價的解決方案，而不會造成重大損失 準(zhǔn)確性。由于通過冷卻孔的質(zhì)量流量是已知的，因此經(jīng)驗 薄膜系數(shù)的關(guān)系可用于模擬來自 刀片到流體。
Moldex3D仿真分析之塑件冷卻時間理論計算
例如計算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進(jìn)行理論計算。我們將使用兩個理論數(shù)值計算的案例進(jìn)行說明。
圖一 利用MHC設(shè)計估算器，能立刻利用經(jīng)典理論求得指定參數(shù)的理論值
塑件冷卻時間理論計算
在射出成型中，冷卻時間是影響產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能的重要因素。在成型周期中，冷卻到開模并取出塑件將占據(jù)絕大部分的時間，若能正確的評估冷卻時間，將有效的提高產(chǎn)能，降低時間成本。塑料是熱的不良導(dǎo)體，塑件的厚薄將會影響冷卻效率。為了能正確的評估不同塑件厚度下的冷卻時間，科學(xué)家們針對平板塑件在模座中的冷卻行為進(jìn)行完整的分析，包含塑件平均溫度降溫到頂出溫度所需的時間，塑件在特定時間下的溫度分布等等，推導(dǎo)出的平板冷卻時公式如圖二所示。
圖二 平板平均溫度達(dá)頂出溫度的理論公式
利用MHC設(shè)計估算器的?塑件冷卻時間?功能，為方便計算平板塑件的理論冷卻時間，用戶可以直接從材料數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入材料參數(shù)：包含材料的熱性質(zhì)與加工條件，并依需求調(diào)整計算的塑件厚度區(qū)間。估算器會把不同厚度下塑件降至頂出溫度的時間計算出來，并繪制該時間點距離中心位置的溫度分布曲線圖。
圖三 MHC設(shè)計估算器的?塑件冷卻時間?中，可以直接導(dǎo)入材料庫數(shù)據(jù)
圖四 MHC估算器能繪制：(1)不同厚度塑件的冷卻時間評估與(2)達(dá)冷卻時間時的溫度分布
澆口剪切率理論計算
塑料在充填過程中會發(fā)生剪切生熱，過大的剪切率會導(dǎo)致塑料異常高溫，進(jìn)一步發(fā)生裂解或黃化現(xiàn)象。澆口的橫截面通常是整個零件最小的區(qū)域，使該處常伴隨著最大剪切率。因此在澆口尺寸優(yōu)化上，其中一項重要的考慮因素就是澆口最大剪切率。
展開 Moldex3D仿真分析之塑件冷卻時間理論計算
例如計算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進(jìn)行理論計算。我們將使用兩個理論數(shù)值計算的案例進(jìn)行說明。
圖一 利用MHC設(shè)計估算器，能立刻利用經(jīng)典理論求得指定參數(shù)的理論值
塑件冷卻時間理論計算
在射出成型中，冷卻時間是影響產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能的重要因素。在成型周期中，冷卻到開模并取出塑件將占據(jù)絕大部分的時間，若能正確的評估冷卻時間，將有效的提高產(chǎn)能，降低時間成本。塑料是熱的不良導(dǎo)體，塑件的厚薄將會影響冷卻效率。為了能正確的評估不同塑件厚度下的冷卻時間，科學(xué)家們針對平板塑件在模座中的冷卻行為進(jìn)行完整的分析，包含塑件平均溫度降溫到頂出溫度所需的時間，塑件在特定時間下的溫度分布等等，推導(dǎo)出的平板冷卻時公式如圖二所示。
圖二 平板平均溫度達(dá)頂出溫度的理論公式
利用MHC設(shè)計估算器的?塑件冷卻時間?功能，為方便計算平板塑件的理論冷卻時間，用戶可以直接從材料數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入材料參數(shù)：包含材料的熱性質(zhì)與加工條件，并依需求調(diào)整計算的塑件厚度區(qū)間。估算器會把不同厚度下塑件降至頂出溫度的時間計算出來，并繪制該時間點距離中心位置的溫度分布曲線圖。
圖三 MHC設(shè)計估算器的?塑件冷卻時間?中，可以直接導(dǎo)入材料庫數(shù)據(jù)
圖四 MHC估算器能繪制：(1)不同厚度塑件的冷卻時間評估與(2)達(dá)冷卻時間時的溫度分布
澆口剪切率理論計算
塑料在充填過程中會發(fā)生剪切生熱，過大的剪切率會導(dǎo)致塑料異常高溫，進(jìn)一步發(fā)生裂解或黃化現(xiàn)象。澆口的橫截面通常是整個零件最小的區(qū)域，使該處常伴隨著最大剪切率。因此在澆口尺寸優(yōu)化上，其中一項重要的考慮因素就是澆口最大剪切率。
展開 CFD專欄丨透平冷卻一維流體仿真
為避免高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^輪緣之間的間隙入侵到腔室內(nèi)部，必須采用冷空氣對渦輪盤間隙冷卻和密封。過多的冷氣會降低發(fā)動機性能，過少的冷卻則會造成過熱。
研究表明：入侵的燃?xì)鉂舛仍黾?%會降低動盤50%壽命。而封嚴(yán)冷氣減少50%，發(fā)動機效率提高0.5%，油耗降低0.5%。采用一維仿真計算可以獲得最佳的冷卻效果。
循環(huán)工況下冷卻液溫度的仿真分析
模擬車輛在循環(huán)工況下，冷卻系統(tǒng)中冷卻液的溫度變化。模型中輸入發(fā)動機的散熱量的map圖譜、水泵的P-Q特性、散熱器的散熱性能、節(jié)溫器的open特性等，計算可以獲得系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液的溫度·流量·壓力隨時間變化的曲線（圖中為發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機水套水溫、散熱器冷卻液溫度隨時間變化的曲線）
基于Fluent輪轂電機自然冷卻仿真 ￥220
Fluent輪轂電機自然冷卻仿真
源文件加制作過程錄屏，源文件是workbench，包括幾何，網(wǎng)格，設(shè)置跟結(jié)果。錄屏是全過程錄屏，包括幾何處理，網(wǎng)格劃分，計算設(shè)置跟后處理，錄屏沒有聲音，關(guān)鍵步驟錄屏中有文字
平臺軟件：
Ansys 2020版本
立式冷卻機流場均勻性仿真研究
運用仿真技術(shù)掌握水力壓裂性能要素，可以獲得高成本效益的水力壓力策略，并在預(yù)算內(nèi)獲得更加優(yōu)質(zhì)的開采曲線。本文信息由ANSYS 與Dynardo 公司聯(lián)合提供。
油氣管道和設(shè)施內(nèi)的熱力學(xué)相變
原油的生產(chǎn)、運輸和精煉所需要的設(shè)備和工藝，應(yīng)當(dāng)能夠控制具有不同熱力學(xué)屬性的石油組分。過去，工程師僅使用1D 流動分析軟件來分析多相流設(shè)備中的相位平衡，而ANSYS 客戶現(xiàn)在已可使用3D 計算流體動力學(xué)進(jìn)行分析和PVT 計算，針對不同流體溫度和壓力說明詳細(xì)的流體力學(xué)屬性和相關(guān)流動屬性。ANSYS 渠道合作伙伴Grupo SSC 開發(fā)了一種應(yīng)用，其能夠判斷不同儲層流體的熱力學(xué)特征。該應(yīng)用通過匹配現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)（飽和壓力、密度和天然氣石油比例），預(yù)測沒有數(shù)據(jù)可用情況下的相關(guān)屬性。該應(yīng)用可連接到ANSYS CFD 軟件，提供準(zhǔn)確說明流體屬性所需的全部PVT 信息，實現(xiàn)對相變更準(zhǔn)確的預(yù)測，如蒸發(fā)工藝中發(fā)生的相變。
本文是ANSYS 墨西哥渠道合作伙伴Grupo SSC 的成果。
水下分離器的冷卻分析
設(shè)計能長期高效可靠運行的水下設(shè)備充滿挑戰(zhàn)。部分復(fù)雜性在于，需要掌握在生產(chǎn)中斷或暫停過程中每個裝置的多相流和冷卻情況。工程師力圖避免多余的水合物形成。巴西FMC Technologies 的工程師對三相重力分離器進(jìn)行了熱和流體流動分析，以優(yōu)化設(shè)計，并在4℃ 外部溫度（海水）下確定冷卻溫度范圍在55℃ 到15℃ （水合物形成溫度）的要求。
巴西FMC Technologies 獲得ANSYS 南美渠道合作伙伴ESSS 的支持。本信息摘自2014 年CFD 石油行業(yè)大會資料。
展開 鋼板噴霧冷卻FLUENT仿真操作過程
鋼板噴霧冷卻FLUENT仿真操作過程
案例及相關(guān)截圖均于2016年制作，未曾翻制新版。
文檔中截圖界面為FLUENT15.0，舊版文件用新版本可打開，懶得重新截圖了。
設(shè)置過程可靠，其它版本可以類推。
工況介紹
如下所示，噴嘴向一塊熱（350℃）鋼板作噴霧（水氣混合）冷卻。
