電機通風散熱仿真的案例
數字養殖通風散熱仿真APP助力科學養殖
常見的家庭式養殖，豬圈非常簡陋，保溫靠棚、散熱靠自然通風，豬的生長環境非常惡劣；稍具規模的養殖場，生豬不用生活在露天環境下，但養殖場的通風散熱靠的仍然是門窗的被動散熱。隨著集群式養豬場的出現，一棟樓房內養著成千上萬頭生豬，其通風散熱方式已經從“隨風而定”變為了“人工調節”：通過設計部署的暖氣空調可以精準調節室內溫度，讓養殖場環境溫度保持在生豬的最佳生長點。
當前的樓房養豬屬于第四代養豬模式，相比于之前的幾種養殖廠房類型，具有專業環控、精準調控、保障生豬健康、能耗低等優點。但是樓房聚落式的養殖場在設計過程中具有系統復雜程度高、設計建設經驗少、改動成本大、需要綜合考慮的因素繁雜等困難，對養殖場的暖通設計人員提出了很高的要求。
圖 2 養殖模式的升級
二、仿真APP解決方案
數值模擬技術的應用為解決養殖場的通風散熱問題提供了強有力的解決工具。通過對養殖場進行幾何建模，輸入相關材料與邊界參數，通過相關的CFD算法計算，就可以得到養殖場內的溫度和速度變化情況。通過對不同條件的計算結果對比，就可以得到在養殖場設計問題上需要的關鍵參考數據，如：設備選型、通風散熱的參數等。總的來說，數值模擬技術可以減輕甚至擺脫設計經驗的依賴，減少建設成本，提升養殖場的設計效率。目前，CFD技術在養殖行業的應用具有較高的技術門檻，對設計人員的專業能力要求較高。而基于自主通用的多物理場仿真平臺Simdroid無代碼化封裝的仿真APP，可以快速實現養殖場環境的通風散熱設計與分析，大大降低了設計人員的技術門檻，提高了設計效率，可以“自主可控”地改善生豬的生長環境。
采用共軛傳熱的方式對養殖廠房內的流動與傳熱現象進行耦合求解。在生豬、養殖人員、建筑材料等固體內部，熱量主要以熱傳導方式進行擴散；在流體與固體界面，熱量傳遞主要以熱對流為主。在流體與固體的交界面上，溫度場和熱通量在交界面處連續。
展開 汽車專題第七期 |新能源汽車—電機篇（三）
風罩，散熱片，鐵芯，系統阻力，壓力損失（壓降），風速，風量，非定常瞬態simulation
3.Fluent-YKK電機通風散熱CFD分析
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c18131
主要內容：講解了 Fluent CFD在YKK電機通風散熱流場仿真中的應用，包括前傾/直葉片內風扇方案對比，后傾外風扇設計；外風路導風筒隔板優化, 冷卻管的橢圓管與圓管對比；冷卻器隔板優化，試驗結果對比；內風路擋風板設計方案對比，溫升實驗測試結果
4.利用Simulink進行電機的磁場導向控制（FOC）算法的設計
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主要內容：利用Simulink進行電機的磁場導向控制（FOC）算法的設計，FOC控制算法廣泛應用于新能源汽車的永磁同步電機的控制
5.電機測試——電功率、機械功率測量、安全可靠的光纖測溫方案
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主要內容：電功率、機械功率、溫度測量、其他物理測量、ECU、自動化和應用系統
6.特斯拉Tesla Model S/X電控系統介紹，電池/三相逆變、電機、IGBT與碳化硅MOS驅動系統
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c18147
主要內容：電動汽車驅動系統、直流→三相逆變→三相異步電動機或永磁同步電動機、一臺或者兩臺電機，自由組合。
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 CFD在電機散熱仿真中的應用
電機冷卻的目的就是根據不同類型電機選擇一種合理冷卻方式，保證在額定運行狀態下，電機各部分溫度不超過國家標準允許的限值。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。
展開 
來稿 | Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
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。
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
熱仿真在電機設計和減少散熱器重量中的應用
AnJen Solutions 對LSM散熱器的重量和熱特性進行了分析。AnJen Solution 的Michael Rigby 說：“FLOTHERM 對散熱器和LSM支撐結構之間的導熱量以及進入到空氣中的熱量提供了詳細的信息，仿真的結果表明通過減少翅片數和改變翅片間距和厚度可以達到與最初設計方案相同的效果，但散熱器的重量僅僅為最初方案的1/3 。”
軌道的熱負荷和垂直方向的形式都要求比水平放置的形式進行更為詳細的熱仿真。這是因為垂直方向的形式會導致換熱系數發生變化，同時也會提高周圍環境空氣溫度。此外LSM材料的溫度也是一個限制因素。
CFD 軟件的優勢在于能夠模擬LSM 周圍的空氣流動，從而使精確預測對流換熱量成為可能。Flomerics公司的FLOTHERM 軟件是專門為仿真電子和電氣產品熱特性而開發的。Rigby說：“FLOTHERM 具有自動優化、簡化模型等許多強大的功能，這一切都可以大大提高的散熱性能和減少產品研發時間。軟件強大的功能使散熱器的優化成為可能，而散熱器重量的減少正是我們所需要的，因為MagneMotion的客戶對LSM 的總重量特別關注。”
FLOTHERM完全解決了產品的散熱問題，這其中不僅僅包括了熱量從發動機通過導熱方式經過機械結構和散熱器，而且包括了熱量通過對流的方式從機械結構和散熱器進入到空氣中。FLOTHERM 通過求解浮升力方程來確定由熱負荷所引起的空氣流動。Rigby 通過變化模型中散熱器翅片數和厚度來對11個不同的設計方案進行評估。當翅片數為15 并且翅厚為3 mm 時，可以滿足封裝溫度的限制并且此時的散熱器重量最小。優化之后的散熱器重量為39 磅，與未做優化時候相比重量減少了1/3 。
展開 Simdroid-EC：液冷仿真新星，助力新能源汽車電機控制器高效散熱
元件網格
Simdroid-EC支持單獨查看流體域的網格，對多流體域仿真非常友好。
4. 豐富的結果分析
當計算收斂后，Simdroid-EC會自動將計算結果加載至后處理模塊。電機控制器的整體分布結果如下圖所示：
流道和IGBT表面云圖
由上圖可以看出，在位于流道入口（左下方）處的IGBT溫度較流道出口處（右上方）的低，最高處的IGBT溫度約為62℃。
流道內溫度圖
隨著液體不斷在流道內流動，逐步吸收IGBT散出的熱量，冷卻液的溫度逐漸升高，從進口到出口的溫升會達到5℃。
流動矢量圖
流線圖
通過上圖可以明顯看出，流道內部存在局部渦流結構。渦流會改變流道內冷卻液的壓力分布情況，造成局部壓力異常升高或降低，影響冷卻液的正常輸送，導致某些部位供液不足。可通過改變流道的形狀來減弱渦流效應。
流道壓力圖
通過壓力圖可以便捷查看流道進出口的壓差。本案例中，流道進出口的壓差約為1343-93=1250Pa。
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液冷仿真是電子散熱仿真的重要方面。越來越復雜的流道設計對傳統的電子散熱仿真軟件提出了重大挑戰，Simdroid-EC便捷的CAD模型導入功能、快速的流體域網格劃分與查看功能，以及豐富的后處理結果，為電子散熱行業注入強大動力，能夠幫助用戶快速評估熱點，提供優化建議。申請試用Simdroid-EC
展開 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
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展開 計算流體動力學(CFD)方法在電機通風冷卻結構優化中的應用
通風冷卻技術是大型電機設計的關鍵技術之一，對電機的尺寸和性能有著重要的影響。由于
大型水輪發電機的試驗數據很難獲得，因此，可綜合應用比例模型試驗、網絡法和三維計算流體動力學
(CFD)改善電機中風量分布的均勻性，以控制溫度，避免溫度過高縮短電機壽命。
計算流體動力學（CFD）方法在電機通風冷卻結構優化中的應用.pdf
算例：室內空調通風CFD仿真課程
本節內容為室內通風仿真分析實例。介紹了機房環境下流場仿真在Workbench下操作步驟，仿真過程包括材料屬性設置、邊界條件設置、計算設置和后處理的設置以及利用Profile文件將計算結果輸出為其他計算的邊界條件。
文章來源：制冷百家
fluent 電機水冷散熱 ￥10
問題描述：
如下圖所示，黃色的為線圈電機，其功率為500w每個，通過水冷散熱，其進水口為1m/s，水冷板材料和電機線圈材料均為AL。查看模型整體溫度。圖 1 問題描述
外部建模
1、首先建立水道的流動模型如下圖所示。圖 2 水道草圖2、建立水道殼體，通過拉伸及偏置進行水道的切除圖 3水道實體3、建立電機及接觸板等。圖 4 熱仿真電機總體模型
Workbench中的模型處理
4、導入到workbench中，通過spaceclaim進行體積抽取建立流體水道模型。圖 5 spaceclaim中體積抽取5、用mesh進行網格劃分可以將所有的part進行和并成一個part共節點，但是對于性能較低的電腦可以使用接觸，僅將水道和流體進行共節點，電機及接觸的板與水道進行綁定接觸。圖 6 網格劃分6、點擊setup，選擇serial，單核進行計算（電腦有多核可以選擇多核）。圖 7 fluent 啟動
Fluent中的條件設置
7、初始條件設置，選擇添加重力條件。8、進口速度為1m/s，進行簡單的計算，超過湍流的雷諾數，選擇k-epsilon的湍流模型，參數默認即可。同時打開energy選項。圖 8 湍流模型選擇9、添加water的材料圖 9 材料10、模型初始化。選擇賦予相應的模型材料，設置電機的功率密度。功率密度等于功率除以發熱電機體積。圖 10 電機功率11、進行接觸部分耦合圖 11 接觸耦合12、邊界條件設置，其中inlet1和inlet2流速都是1m/s，進水溫度295K。turbulent intensity為5%，hydraulic diameter為9.6mm。出口為大氣壓101325Pa。溫度為295K。圖 12進口邊界條件圖 13 出口邊界條件13、對于外wall的設置考慮到空氣散熱，其heat flux為10W/m2。
展開 電機設計及電機仿真APP系列之—軸向磁通電機仿真APP
電機的各種工作狀態和參數變化。用戶可通過調整仿真參數，快速得到電機的響應和性能參數，從而進行針對性的優化和改進。借助仿真APP，可大大減少電機設計迭代次數和成本，提高測試效率和準確性。
對了，此APP非彼APP，不用下載安裝，直接瀏覽器（手機也可以）打開，調整各項參數（定轉子、定子槽尺寸等）就可以在線云端計算，非常方便哦。如果不符合要求，還可以個性化定制，資深電機設計仿真工程師幫你搞定。
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展開 電機散熱系統的研究現狀與發展趨勢
(a)原始電機(b)機殼表面涂覆
高輻射率石墨
(c)機殼表面采用(d)機殼表面采用
小尺寸翅片大尺寸翅片
(e)端部繞組與機殼之間灌注導熱膠
圖4 自然風冷電機照片
Fig.4 Photos of natural air cooling motors
2.1.1 自然風冷散熱系統
自然風冷散熱系統結構簡單、可靠性高，適用于電機發熱量較小、電機可靠性要求較高、電機工作環境通風良好的散熱場合。機殼表面的散熱筋、散熱翅片結構可以有效提高自然風冷散熱系統的效率。JANG等采用有限元仿真法對比分析了機殼表面翅片結構對自然風冷散熱系統冷卻效率的影響，仿真結果表明在機殼表面添加翅片結構可使電機定子和轉子的散熱效率分別提高26.1%和16.4%。MELKA等研究了額定功率為430W的永磁無刷直流電機的自然風冷散熱系統，采用在機殼表面涂覆高輻射率材料、機殼表面設置不同規格的翅片和填充導熱材料三種方法來提高散熱系統的效率，機殼樣品如圖4所示，測試結果表明，相對于原始電機，四種散熱方案可以分別降低繞組溫度約4 ℃、9 ℃、16 ℃和18 ℃。當同時采用大尺寸散熱翅片和填充導熱材料時，繞組穩定溫度可以降低約30 ℃。MELKA等建立了永磁無刷直流電機的CFD模型用以研究電機關鍵發熱部件的散熱情況及氣體在電機周圍的流動情況，并測試了電機在多個工況下的溫升性能，電機內部溫度的仿真結果與測試結果之間的誤差不超過9 ℃，電機外部溫度仿真結果的誤差為2 ℃。CHIU等采用FLUENT軟件仿真了翅片結構參數對開關磁阻電機溫升性能的影響，并設置機殼表面自然對流傳熱系數為10 W/(m2·K)。仿真結果表明，當翅片面積相同時，電機繞組最高溫度隨著翅片數量的增加而升高；當翅片高度相同時，電機溫度隨翅片數量的增加而降低，電機溫度分布云圖見圖5。
展開 電機設計及電機仿真APP系列之——高速永磁同步電機仿真APP介紹
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高速永磁同步電機作為一種先進的電機技術，它具有高轉速、高效率、高功率密度等顯著特點。被廣泛應用于工業、新能源汽車、航空航天、風力發電等領域。隨著技術的不斷進步和市場需求的不斷增加，其性能將不斷優化和提升，為各行各業的發展提供強有力的支持。
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