ansys水冷散熱仿真的案例
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 基于FLoEFD的新能源水冷電機流固耦合散熱仿真 ￥20
附件包含詳細的step by step教程文件和step 3D 模型，可以為學習者提供指導。
教程僅為學習參考所用，作者不對數據真實性保證，付費文件，請謹慎下載，謝謝
新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與熱仿真管理分析
針對上面所提到的有關電機電機水冷部分，我們開發了本程課，新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與ANSYS ICEPAK熱仿真課程，本教程以一款新能源汽車的15.5KW無刷FOC控制水冷電機的理論設計過程與散熱仿真過程為例，通過從設計參數的整理為基礎，講解根據電機的損耗參數去如何選取水冷管道的開口面積，依據水冷管道的開口，再結合電機的相關參數，通過理論方法設計整機的水冷管道的換熱系數與冷卻面積的匹配。再根據相關的計算結果參數進行整機的散熱設計，依據整機的傳導路徑熱阻等，通過迭代計算出整機的散熱面積，從而進行相關的結構設計與整機水冷系統的設計。
待電機設計完成，進行相關的校核，再利用ANSYSICEPAK進行整燈的熱仿真視頻教程，熱仿真視頻教程通將整機從CAD軟件的3D模型簡化開始，到通過WORKBENCK 導入到ICEPAK軟件內，在ICEPAK軟件內完成相關模型的物性設置，軟件仿真邊界的設計置等等......，一步步的充分講解了在ANSYS ICEPAK中對一款水冷電機產品從3D模型的前處理，再到如何將3D模型導入到ICEPAK中，再到在軟件中對模型的物性設置，到如何進行網格劃分及求解等全套操作流程。
本教程旨在通過本款新能源水冷電機的實例案例的操作，讓您能達到依據整機的相關性能參數進行水冷系統的選取以及整機水冷散熱部分的理論計算，整機冷卻系統與整機散熱系統的匹配計算，利用理論計算對電機整機散熱的設計，同時能夠熟練的運用ICEPAK，以用ICEPAK來完成對此類水冷電機產品的熱設計與ANSYS ICEPAK散熱仿真。
本視頻教程南京青松熱設計工作室淘寶購買鏈接：
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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。
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Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
【前言】10年前，作為CFD仿真技術支持工程師的時候，最驕傲的一件事就是做了一個全電機的散熱仿真咨詢項目，雖然很辛苦，但項目的鍛煉價值極高，讓我在后續多年工作中都受益無窮。
那個時候采用的是DM和ICEM交替來簡化電機模型，現在有了SCDM神器，模型處理效率大大提升。那個時候計算機硬件內存有限，網格劃分只能采用混合網格，用混合網格，模型又必須進行相應的等效和簡化，所以你除了要熟悉電機的工作原理，你還需要對電機組成結構的每一部分的功能和作用都了如指掌。而現在有了Ansys Fluent Meshing，網格劃分的效率大幅提升，針對Ansys CFD電機散熱仿真的關鍵技術包括：模型簡化、網格劃分、接地系數、絕緣處理、風扇罩處理、氣隙處理等等。
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電機散熱仿真分析的必要性
電機是一種實現機電能量轉換的電磁裝置。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機。電機在運行時將產生各種損耗，這些損耗轉變成熱量，使電機各部件發熱，溫度升高。電機中的某些部件，特別是電機的絕緣，只能在一定的溫度限值內才能可靠工作。為維持電機的合理壽命，需要采取適當的措施將電機中的熱量散發出去，使其在允許的溫度限值內運行。
展開 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。
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 干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
ANSYS采用降階處理的方式，通過LTI ROM、SVD ROM與ECM耦合方法搭建了完整的電池包熱分析模型，從結果可以看出，這種方法不僅保證了與傳統CFD分析方法一樣的精度，還大大縮短了計算時間，提高了實際用于中的分析效率。
鑒于篇幅的限制，本文未對各模型的理論做詳細的介紹，若有任何疑問請聯系陽普科技。
（注：文中圖片來自ANSYS官方發布的公開資料）
干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
ANSYS采用降階處理的方式，通過LTI ROM、SVD ROM與ECM耦合方法搭建了完整的電池包熱分析模型，從結果可以看出，這種方法不僅保證了與傳統CFD分析方法一樣的精度，還大大縮短了計算時間，提高了實際用于中的分析效率。
鑒于篇幅的限制，本文未對各模型的理論做詳細的介紹，若有任何疑問請聯系陽普科技。
（注：文中圖片來自ANSYS官方發布的公開資料）
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：
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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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