電機通風散熱CFD分析的案例
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。
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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。
五級簡化，助你快速搞定電機CFD散熱
張楊
北京安世亞太公司
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。
圖1 常見的液冷電機與CFD散熱仿真
通常，在電機設計的過程中，采用CFD方法進行建模和仿真，可以快速計算得到電機散熱情況和整體的溫度分布，從而為我們的電機設計提供重要的數據支撐。不過，由于電機內部部件較多，各部分的發熱與散熱情況復雜，因此想要進行高效又準確的CFD模擬，必須要對電機模型進行簡化才能達到目的。
當然，對計算模型的簡化，必然會帶來計算精度的損失，這一點是毋庸置疑的。如何權衡計算效率與結果誤差之間的關系，很大程度上取決于工程師的選擇，本文嘗試通過對通用的電機模型的簡化方法進行整理，從而提供一些方法供大家參考與選取。
既然提到簡化，就不得不簡單說一下電機CFD計算量巨大的根源。由于電機是高速旋轉的設備，而且轉子與定子之間還存在有非常狹窄的氣隙，對于這一區域，我們必須要保證相當數量的網格來維持計算精度。正是因為考慮了這一細長的區域，導致電機的網格數量都是非常巨大的；同時，這些細小的特征還是無法被簡化的。
展開 
五級簡化，助你快速搞定電機CFD散熱
圖1 常見的液冷電機與CFD散熱仿真
通常，在電機設計的過程中，采用CFD方法進行建模和仿真，可以快速計算得到電機散熱情況和整體的溫度分布，從而為我們的電機設計提供重要的數據支撐。不過，由于電機內部部件較多，各部分的發熱與散熱情況復雜，因此想要進行高效又準確的CFD模擬，必須要對電機模型進行簡化才能達到目的。
當然，對計算模型的簡化，必然會帶來計算精度的損失，這一點是毋庸置疑的。如何權衡計算效率與結果誤差之間的關系，很大程度上取決于工程師的選擇，本文嘗試通過對通用的電機模型的簡化方法進行整理，從而提供一些方法供大家參考與選取。
既然提到簡化，就不得不簡單說一下電機CFD計算量巨大的根源。由于電機是高速旋轉的設備，而且轉子與定子之間還存在有非常狹窄的氣隙，對于這一區域，我們必須要保證相當數量的網格來維持計算精度。正是因為考慮了這一細長的區域，導致電機的網格數量都是非常巨大的；同時，這些細小的特征還是無法被簡化的。因此，我們盡量從其他的方面對電機的模型進行簡化，從而在某種程度上來降低計算規模。
圖2 狹長的氣隙是導致電機CFD計算規模巨大的“罪魁禍首”
如下圖所示，是我們常見的電機設計CAD模型，不管我們采用RMPRT還是MotorCAD工具，都可以快速建立相對符合真實情況的三維模型。當然，CFD仿真通常是不會直接使用這一模型的，必須要進行一定量的簡化。
圖3 常見的電機設計CAD三維模型與簡化后的電機模型
一級簡化，繞組端部模型
這一部分的CAD通常都是首先被簡化的區域，由于繞組在兩端的形狀相對比較復雜，因此直接劃分這一部分的網格會導致網格數量巨大。
展開 應用CFD數值模擬對離心通風機葉輪進行設計分析
為了設計出高性能的通風機，傳統的設計方法已滿足不了需要，必須采用現代設計理論和方法。這就要求設計者必須詳細掌握流體機械性能和內部流動狀況，從而給流體機械內部流動理論和試驗研究提出了新的課題。而大型商用CFD軟件的出現給風機的數值模擬帶來了極大的便利，使人們對風機內部流場有了更深入地了解。
在設計制造流體機械時，一般的過程為設計、樣機性能試驗、制造。如果采用CFD方法通過計算機進行樣機性能試驗，能夠很好地在圖紙設計階段，預測流體機械的性能和內部流動產生的漩渦、二次流、邊界層分離、尾流、葉片顫振等不良現象，力求將可能發生故障的隱患消滅在圖紙設計階段，在一定程度上取代了試驗，以達到降低成本、縮短研制周期的目的。
本次優化設計，采用FloWorks軟件對公司老產品9-26系列外徑為1120mm的葉輪內部流體運動進行全三維的數值模擬，并將數值模擬計算結果與試驗結果進行了對比，同時對葉輪內部流場進行了分析，為改進流體機械提供依據。
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 基于不同冷卻方式的電機散熱分析
在近期打算錄風冷，水冷，油冷電機的散熱視頻，大家有興趣看嗎??
使用FloEFD進行電子散熱行業CFD分析
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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
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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
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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 電動汽車機艙散熱問題CFD仿真分析優化及試驗驗證
為提高空調制冷能力，本文采用CFD仿真分析的方法，研究了前機艙的流場，分析了格柵和空調冷凝器的通風量。通過配置冷凝器導流罩和調整格柵開口，增加了格柵新風的進氣量，減少了高溫氣體的回流冷凝器，從而增加了冷凝器的散熱能力。在最終的試驗中，頭部平均溫度整改后比整改前降低了5℃，降溫效果明顯改善，達到并超過了預定值。這種通過機艙流場優化提高散熱能力的方法和工程經驗，對其它電動汽車機艙散熱能力的開發具有借鑒意義。
電動汽車近年來快速興起，并且有逐步代替傳統燃油車的趨勢。研究電動汽車機艙的散熱特點具有重要意義。由于電動汽車沒有內燃機，它的機艙內就沒有了溫度達到600℃而帶來強輻射的排氣管路，也沒有需要大量散熱的內燃機水套。電動汽車前機艙相對于燃油車僅需較小的前格柵開口來引進新風進行散熱。現階段電動汽車用來冷卻電機水套與電池的散熱器和風扇大多是沿用燃油車的，往往散熱能力有相當盈余。電動汽車機艙內的空調冷凝器的散熱問題變得凸顯出來。
目前分析電動汽車機艙散熱問題有兩種方式：環境艙試驗和CFD仿真。環境艙試驗包括整車熱平衡試驗和整車降溫試驗。由于現階段機艙內散熱器能力的盈余，電動汽車熱平衡試驗發現的問題往往是電機、IGBT和電池的零部件內局部過熱。機艙內冷凝器是否有足夠的散熱能力就會在電動汽車降溫試驗中體現出來。試驗方法的優點是可信度高，能夠為研發提供直接的整改依據；缺點是成本高、周期長，不能夠在設計初期及時發現問題。CFD仿真的優點是成本低、周期短，能夠在研發早期發現關鍵問題，縮短整車開發周期。然而要想完全模擬電動汽車降溫試驗，需要三維機艙熱流場、整車一維能量流、空調箱和乘客艙的三維熱流場共同的瞬態耦合計算，目前國內幾乎難以完整開展。通過模擬機艙內穩態的流場來獲得關鍵信息是當前可行的技術路線。目前大部分國內車企采用仿真與試驗相結合的方式來解決機艙散熱問題。
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數字孿生技術中CFD降階方法在電子設備散熱分析中的應用
本文轉載自安世亞太
前言
數字孿生體是現有或將有的物理實體對象的數字模型，通過實測、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測物理實體對象的狀態，通過優化和指令來調控物理實體對象的行為，通過相關數字模型間的相互學習來進化自身，同時改進利益相關方在物理實體對象生命周期內的決策。
通過數字孿生體模型，可以實現全面監控系統的關鍵參數，分析系統在非常規條件下的各種性能。利用數字孿生體模型進行虛擬化測試，縮短了測試和分析的時間，降低了測試和分析的成本，并可以根據虛擬化測試結果優化試驗參數。
然而，傳統的三維CAD仿真時間較長，無法對不同輸入載荷（或邊界條件）提供快速的模擬結果，導致數字孿生的時效性大打折扣。為此，我們提出了降階模型（ROM）的工作思路，將本應數十分鐘甚至上百小時的CFD仿真流程簡化，進化為秒級（甚至毫秒級別）的響應效率，從而為數字孿生技術提供高效實時的虛擬映射結果。
圖1.三維CFD降階模型技術路線圖
電子設備散熱模擬中降階模型的技術路線
電機中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應激振力引起的結構響應及聲輻射，以下對引起噪聲的定子電磁力的解析表達及相應的振動和聲輻射的研究情況進行綜述。
依據圖1中的技術路線，首先將液冷設備的三維CAD模型進行修復和簡化，隨后抽取流體區域并設定邊界命名。這一部分前處理工作與常見的CFD電子散熱仿真沒有任何區別。值得一提的是，靜態降階模型（Dynamic ROM）也可以使用CAD模型特征（如零件尺寸、布局、陣列數量等）作為初始輸入參數，但是會增加計算的規模，不做討論。
圖2-1 液冷板的幾何模型
圖2-2 液冷板的網格情況
隨后劃分網格并導入到Fluent中進行邊界條件與物理模型設定。
展開 技術鄰周報Q11：單元選擇/LS-DYNA模態分析/iSolver/流固耦合/ABAQUS/跌落分析/CFD/散熱/DEFORM
8、手機跌落分析案例Step-by-Step
作者：
芷行說
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1814493
本次給大家分享一個利用Workbench分析手機跌落，為了簡單，手機模型內部細節沒有建立，大家 根據自己需求進行手機的細節建模。跌落分析在許多行業內需求都很高，不行包括手機跌落，還有服務器機箱跌落等，本案例重點給大家介紹具體的技術性操作，原則上可以擴展到任何的跌落分析上。
9、五級簡化，助你快速搞定電機CFD散熱
作者：
安世亞太
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1814564
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。
10、案例分享 | Cradle CFD為復雜航空電子設備提供高級熱仿真
作者：
MSC軟件
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1814746
網格劃分策略通常是影響軟件決策的關鍵部分。至少TEN TECH就是這種情況，他們正在尋找笛卡爾網格的CFD熱仿真軟件。當然，在他的腦海中還有更多的標準：好的幾何處理器；幾何簡化功能；快速、準確和完善的求解器和后處理；有競爭力的價格。“ 從第1天起，scSTREAM（Cradle CFD 軟件模塊之一）就達到并超出了期望目標。
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
熱電阻較高的電氣連接電機(側1)與電機的幾何形狀(例如,運動不是完全對稱的),也由于電氣連接的熱量補充道。
圖5 CFD生成的圖表顯示了冷卻劑速度
圖6 CFD生成的冷卻劑通道溫度。
采用計算流體力學(CFD)和有限元分析(FEA)對系統的熱性能進行了建模。采用CFD方法對冷卻通道內的WEG流動進行了數值模擬。CFD生成的WEG速度和冷卻劑通道溫度如圖5和圖6所示。通過CFD分析得到了不同流量下的平均傳熱系數，并將其作為有限元模型的邊界條件，如圖7所示。模型采用表1所示的電機部件特性和表2所示的接觸熱阻。在EDT電機熱管理研發項目下進行了部件性能(不含鋁)和界面接觸電阻的測試工作。表2中提供的熱接觸電阻是初步估計。目前正在進行進一步驗證這些熱接觸電阻值的工作。
表1導熱系數值用于日產聆風電機定子的熱模型
表2熱阻值用于日產聆風電機定子熱模型
表3平均傳熱系數值
CFD和FEA預測的繞組和定子熱阻值如圖4所示。CFD估算的平均濕表面傳熱系數值如表3所示。如圖所示，模型預測的熱阻結果與實驗數據吻合較好，驗證了表1和表2所示的實測構件熱性能和接觸電阻值。
展開 數字孿生技術中CFD降階方法在電子設備散熱分析中的應用
張楊
北京安世亞太公司
本文介紹了聯合利用ANSYS Fluent和ANSYS Twin Builder建立液冷板散熱ROM和溫度場Static ROM的過程，實現了三維CFD仿真降階為一維數學模型(ROM)，為建立液冷板散熱模型創建了基本的仿真計算數學模型，從而提升了數字孿生的應用價值和工作效率。
數字孿生體是現有或將有的物理實體對象的數字模型，通過實測、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測物理實體對象的狀態，通過優化和指令來調控物理實體對象的行為，通過相關數字模型間的相互學習來進化自身，同時改進利益相關方在物理實體對象生命周期內的決策。
通過數字孿生體模型，可以實現全面監控系統的關鍵參數，分析系統在非常規條件下的各種性能。利用數字孿生體模型進行虛擬化測試，縮短了測試和分析的時間，降低了測試和分析的成本，并可以根據虛擬化測試結果優化試驗參數。
然而，傳統的三維CAD仿真時間較長，無法對不同輸入載荷（或邊界條件）提供快速的模擬結果，導致數字孿生的時效性大打折扣。為此，我們提出了降階模型（ROM）的工作思路，將本應數十分鐘甚至上百小時的CFD仿真流程簡化，進化為秒級（甚至毫秒級別）的響應效率，從而為數字孿生技術提供高效實時的虛擬映射結果。
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