ansys 水冷散熱仿真的案例
基于ANSYS的水冷電機(jī)控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機(jī)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(guān)系到電機(jī)的輸出。以控制器中的8個(gè)電容及3個(gè)IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩(wěn)態(tài)熱模塊及流體模塊,分別對其進(jìn)行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發(fā)熱器件的散熱狀態(tài),得出水冷散熱的仿真效果比常態(tài)下的溫度降低約27℃,為實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供支撐。
關(guān)鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產(chǎn)品小型化的發(fā)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(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結(jié)構(gòu)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(jìn)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(fā)熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進(jìn)行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結(jié)構(gòu)降階處理
對5.5 k W控制器進(jìn)行3D建模，顯示控制器有1215個(gè)部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會(huì)使模擬計(jì)算量和時(shí)間增加，一般需要進(jìn)行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發(fā)熱器件為8個(gè)電容及3個(gè)IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發(fā)熱不嚴(yán)重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補(bǔ)完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進(jìn)行分離，防止后期網(wǎng)格劃分時(shí)，將殼體和水道劃為整體，導(dǎo)致網(wǎng)格劃分不合適，計(jì)算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網(wǎng)格設(shè)置
網(wǎng)格劃分的好壞直接關(guān)系到計(jì)算的結(jié)果和計(jì)算時(shí)間的長短，所以在進(jìn)行網(wǎng)格劃分的時(shí)候，優(yōu)先選擇曲面狀的物體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，這樣在網(wǎng)格劃分的時(shí)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(jī)流固耦合散熱仿真 ￥20
附件包含詳細(xì)的step by step教程文件和step 3D 模型，可以為學(xué)習(xí)者提供指導(dǎo)。
教程僅為學(xué)習(xí)參考所用，作者不對數(shù)據(jù)真實(shí)性保證，付費(fèi)文件，請謹(jǐn)慎下載，謝謝
新能源電動(dòng)汽車水冷電機(jī)散熱理論熱設(shè)計(jì)與熱仿真管理分析
針對上面所提到的有關(guān)電機(jī)電機(jī)水冷部分，我們開發(fā)了本程課，新能源電動(dòng)汽車水冷電機(jī)散熱理論熱設(shè)計(jì)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(jī)的理論設(shè)計(jì)過程與散熱仿真過程為例，通過從設(shè)計(jì)參數(shù)的整理為基礎(chǔ)，講解根據(jù)電機(jī)的損耗參數(shù)去如何選取水冷管道的開口面積，依據(jù)水冷管道的開口，再結(jié)合電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，通過理論方法設(shè)計(jì)整機(jī)的水冷管道的換熱系數(shù)與冷卻面積的匹配。再根據(jù)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果參數(shù)進(jìn)行整機(jī)的散熱設(shè)計(jì)，依據(jù)整機(jī)的傳導(dǎo)路徑熱阻等，通過迭代計(jì)算出整機(jī)的散熱面積，從而進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與整機(jī)水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
待電機(jī)設(shè)計(jì)完成，進(jìn)行相關(guān)的校核，再利用ANSYSICEPAK進(jìn)行整燈的熱仿真視頻教程，熱仿真視頻教程通將整機(jī)從CAD軟件的3D模型簡化開始，到通過WORKBENCK 導(dǎo)入到ICEPAK軟件內(nèi)，在ICEPAK軟件內(nèi)完成相關(guān)模型的物性設(shè)置，軟件仿真邊界的設(shè)計(jì)置等等......，一步步的充分講解了在ANSYS ICEPAK中對一款水冷電機(jī)產(chǎn)品從3D模型的前處理，再到如何將3D模型導(dǎo)入到ICEPAK中，再到在軟件中對模型的物性設(shè)置，到如何進(jìn)行網(wǎng)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(jī)的實(shí)例案例的操作，讓您能達(dá)到依據(jù)整機(jī)的相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行水冷系統(tǒng)的選取以及整機(jī)水冷散熱部分的理論計(jì)算，整機(jī)冷卻系統(tǒng)與整機(jī)散熱系統(tǒng)的匹配計(jì)算，利用理論計(jì)算對電機(jī)整機(jī)散熱的設(shè)計(jì)，同時(shí)能夠熟練的運(yùn)用ICEPAK，以用ICEPAK來完成對此類水冷電機(jī)產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)與ANSYS ICEPAK散熱仿真。
本視頻教程南京青松熱設(shè)計(jì)工作室淘寶購買鏈接：
https://item.taobao.com/item.htm?
展開 仿真應(yīng)用 | ANSYS Icepak 散熱仿真系列-CAD模型的識(shí)別與簡化
ANSYS Icepak 作為一款專門用于電子產(chǎn)品散熱分析的仿真軟件，集幾何建模、網(wǎng)格生成、求解和后處理于一體。在封裝、組件、板和系統(tǒng)級的熱分析領(lǐng)域獲得日益廣泛的關(guān)注。
ANSYS Icepak 的幾何建模包括自建模型和模型導(dǎo)入兩種方式，其中模型導(dǎo)入更為常用，即將CAD模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理后導(dǎo)入 ANSYS Icepak 軟件。本文主要介紹以 ANSYS SCDM 為基礎(chǔ)的 ANSYS Icepak 模型導(dǎo)入及其處理方式，
包括模型識(shí)別與模型轉(zhuǎn)化。
模型識(shí)別是指將 CAD 模型轉(zhuǎn)為 ANSYS Icepak 認(rèn)可的三維模型，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膸缀翁幚恚瑒h除產(chǎn)品上不影響散熱或發(fā)熱的零件整體或細(xì)節(jié)特征，以及一些不必要的圓角設(shè)計(jì)，可通過ANSYS SCDM 中 Workbench 選項(xiàng)卡內(nèi)的 Identify Objects（識(shí)別對象）進(jìn)行操作。
模型簡化是指將無法直接識(shí)別或需簡化處理的 CAD 模型進(jìn)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 
Ansys fluent16.0流固耦合散熱仿真
穩(wěn)態(tài)求解：風(fēng)扇用MRF模型，在cell zone conditions中勾選Frame motion，設(shè)置好旋轉(zhuǎn)中心和轉(zhuǎn)速；
一、流固耦合交界面處理方法：
1、在SCDM中設(shè)置共享拓?fù)洌? 2、打開fluent meshing，軟件自動(dòng)生成contact，每個(gè)接觸重命名為interface，在fluent中會(huì)自動(dòng)生成交界面；
3、把自動(dòng)生成的contact刪除，單獨(dú)命名各個(gè)接觸面為interface，之后在fluent/mesh interfaces中手動(dòng)匹配；
4、將接觸的part進(jìn)行form new part操作，之后就不用進(jìn)行交界面的耦合操作（共節(jié)點(diǎn)）；
二、常見報(bào)錯(cuò)：
1、 does not support overlapping geometry in contact region;
2、 does not support overlapping geometry in named sections;
第一種報(bào)錯(cuò)是因?yàn)橛幸粋€(gè)面被設(shè)置在了多個(gè)接觸對中，檢查接觸面，刪除重復(fù)接觸面；
第二種報(bào)錯(cuò)是因?yàn)橛幸粋€(gè)面被重復(fù)的命名，檢查named section，刪除重復(fù)命名截面；
展開 Ansys CFD在電機(jī)散熱仿真中的應(yīng)用
【前言】10年前，作為CFD仿真技術(shù)支持工程師的時(shí)候，最驕傲的一件事就是做了一個(gè)全電機(jī)的散熱仿真咨詢項(xiàng)目，雖然很辛苦，但項(xiàng)目的鍛煉價(jià)值極高，讓我在后續(xù)多年工作中都受益無窮。
那個(gè)時(shí)候采用的是DM和ICEM交替來簡化電機(jī)模型，現(xiàn)在有了SCDM神器，模型處理效率大大提升。那個(gè)時(shí)候計(jì)算機(jī)硬件內(nèi)存有限，網(wǎng)格劃分只能采用混合網(wǎng)格，用混合網(wǎng)格，模型又必須進(jìn)行相應(yīng)的等效和簡化，所以你除了要熟悉電機(jī)的工作原理，你還需要對電機(jī)組成結(jié)構(gòu)的每一部分的功能和作用都了如指掌。而現(xiàn)在有了Ansys Fluent Meshing，網(wǎng)格劃分的效率大幅提升，針對Ansys CFD電機(jī)散熱仿真的關(guān)鍵技術(shù)包括：模型簡化、網(wǎng)格劃分、接地系數(shù)、絕緣處理、風(fēng)扇罩處理、氣隙處理等等。
1
電機(jī)散熱仿真分析的必要性
電機(jī)是一種實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置。從19世紀(jì)末期起，電動(dòng)機(jī)就逐漸代替蒸汽機(jī)作為拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)。電機(jī)在運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生各種損耗，這些損耗轉(zhuǎn)變成熱量，使電機(jī)各部件發(fā)熱，溫度升高。電機(jī)中的某些部件，特別是電機(jī)的絕緣，只能在一定的溫度限值內(nèi)才能可靠工作。為維持電機(jī)的合理壽命，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧㈦姍C(jī)中的熱量散發(fā)出去，使其在允許的溫度限值內(nèi)運(yùn)行。
展開 來稿 | Ansys CFD在電機(jī)散熱仿真中的應(yīng)用
關(guān)于Ansys CFD
計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 是一款操作靈活、結(jié)果精確、應(yīng)用廣泛的仿真工具。Ansys CFD 不僅能提供定性結(jié)果，還可就流體的相互作用和平衡做出準(zhǔn)確的定量預(yù)測，讓新手和專家用戶都能運(yùn)行出色的 CFD 仿真。全新基于任務(wù)的工作流程有助于用戶開展更多的工作：只需進(jìn)行簡單的學(xué)習(xí)便可在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地解決復(fù)雜問題。
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(jié)果可以看出，這種方法不僅保證了與傳統(tǒng)CFD分析方法一樣的精度，還大大縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了實(shí)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(xì)的介紹，若有任何疑問請聯(lián)系陽普科技。
（注：文中圖片來自ANSYS官方發(fā)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(jié)果可以看出，這種方法不僅保證了與傳統(tǒng)CFD分析方法一樣的精度，還大大縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了實(shí)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(xì)的介紹，若有任何疑問請聯(lián)系陽普科技。
（注：文中圖片來自ANSYS官方發(fā)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(yè)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(shù)據(jù)導(dǎo)入：ANSYS Icepak可以導(dǎo)入各種格式的ECAD和MCAD數(shù)據(jù)格式
貼體網(wǎng)格自動(dòng)劃分Fluent求解器：
- ANSYS Icepak可以自動(dòng)劃分高質(zhì)量的貼體網(wǎng)格，而非一般電子散熱仿真工具非常粗糙的階梯型網(wǎng)格。網(wǎng)格算法靈活多變，可根據(jù)具體問題選擇最為合適的方法。Icepak網(wǎng)格技術(shù)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(xué)散熱——實(shí)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(xué)散熱——實(shí)用Flotherm熱仿真教程地址
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12616
2021年春季----電子產(chǎn)品散熱理論設(shè)計(jì)與ANSYS ICEPAK仿真實(shí)戰(zhàn)技術(shù)高級培訓(xùn)班招生簡章
專業(yè)熱設(shè)計(jì)人必學(xué)必會(huì)182講散熱理論設(shè)計(jì)視頻培訓(xùn)課程，了解本課程請點(diǎn)擊下面鏈接：
ANSYS ICEPAK 視頻培訓(xùn)課程，了解本課程請點(diǎn)擊下面鏈接：
南京青松熱設(shè)計(jì)工作室精彩視頻教程：
電子產(chǎn)品散熱理論設(shè)計(jì)視頻培訓(xùn)課程：
專業(yè)熱設(shè)計(jì)人必學(xué)必會(huì)182講---電子產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)理論視頻課程（國內(nèi)首套有關(guān)散熱理論設(shè)計(jì)的系統(tǒng)培訓(xùn)課程）
ANSYS ICEPAK 視頻培訓(xùn)課程：
我所理解的熱仿真---ANSYS ICEPAK電子散熱仿真全套原創(chuàng)視頻教程
水冷電機(jī)散熱理論設(shè)計(jì)與仿真視頻培訓(xùn)課程：
新能源電動(dòng)汽車水冷電機(jī)散熱理論熱設(shè)計(jì)與ANSYS ICEPAK熱仿真
大功率開關(guān)電源仿真視頻培訓(xùn)課程：
電解電容的發(fā)熱損耗計(jì)算與分析
更多有關(guān)熱設(shè)計(jì)與熱仿真課程，請加微信咨詢！
添加好友時(shí)請注明（姓名-公司-職位）
有關(guān)ANSYS ICEPAK與熱設(shè)計(jì)相關(guān)學(xué)習(xí)交流可加入我們ICEPAK散熱設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)交流-2群（1群已滿），群號(hào)：
79973675，或加入我們的微信群。
展開 