電子風扇的案例
4/21 Ansys電子散熱風扇葉片優化
內容簡介
本課程將通過實際案例介紹Ansys Turbosystem產品在電子散熱風扇方面的優化功能。針對不同類型的散熱風扇，Ansys提供基于OptiSLang的參數化葉型優化方法和基于Fluent的無參伴隨求解優化方法，用戶可通過本次視頻課程了解這2種方法的基本使用流程和適合的風扇類型，初步掌握它們的核心方法和操作步驟。
時間
2022年4月21日（周四）16:00-17:00
費用
免費
講師簡介
姚翔|Ansys
獲北京航空航天大學飛行器動力專業學士及碩士學位；2019加入Ansys中國負責旋轉機械軟件產品的售前技術支持及咨詢工作。
展開 新能源汽車電機的風冷和水冷有何區別？
采用了風冷這種散熱方式的電機，自帶同軸風扇來形成內風路循環或外風路循環，通過風扇產生足夠的風量，以帶走電動機所產生的熱量。其介質為電機周圍的空氣，空氣直接送入電機內，吸收熱量后向周圍環境排除。風冷的特點是結構相對簡單，電機冷卻成本較低，但是散熱效果和效率都不太好，工作可靠性差，并且對天氣和環境的要求也比較高。
采用了水冷這種散熱方式的電機，會將冷卻液通過管道和通路引入定子或轉子空心導體內部，通過循環的冷卻液不斷的流動，帶走電機轉子和定子產生的熱量，達到對電機冷卻的目的。雖然水冷的成本比風冷略高，但它的冷卻效果卻比風冷更加顯著，而且散熱均勻、效率高，工作可靠性強，噪音也更小。只要保證了整個裝置能擁有良好的機械密封性，就可以在各種環境下使用。
新能源汽車水冷散熱和風冷散熱對比：
新能源汽車水冷散熱原理：
動力電池和驅動電機系統在設計時預留了水路管道。驅動電機工作時產生熱量，冷卻液經水套流動帶走熱量進入水箱散熱器。散熱器與電子風扇集成，電子風扇加速水箱散熱，使冷卻液降溫，達到驅動電機要求的正常工作溫度。經過散熱的冷卻液再次流經驅動電機，循環往復。
新能源汽車水冷散熱系統組成部分：
1、水箱散熱器，主要作用是冷卻進入芯片的冷卻液。從材質上，分為銅水箱和鋁水箱。從內部結構上，分為板翅式、管帶式、管片式。
2、電子風扇。不同發動機冷卻系統，新能源汽車冷卻風扇都是采用電子風扇散熱。不同的冷卻系統電子風扇不同。電機冷卻系統根據驅動電機的功率可以匹配一個風扇版本、兩個風扇版本。一般情況下，兩個電子風扇散熱量足以滿足市場上常見的所有純電動汽車?；旌蟿恿ζ囉捎谶€有發動機、渦輪增壓器裝置，所需電子風扇比較多，一般也不超過6個。
3、電控系統。電控系統主要包括風扇控制器、線束、傳感器、顯示器等。但從市場整體看，并不是所有新能源汽車散熱系統都有電控系統。
展開 【干貨】新能源汽車電機風冷和水冷有何區別？
散熱器與電子風扇集成，電子風扇加速水箱散熱，使冷卻液降溫，達到驅動電機要求的正常工作溫度。經過散熱的冷卻液再次流經驅動電機，循環往復。
新能源汽車水冷散熱系統組成部分：
1、水箱散熱器，主要作用是冷卻進入芯片的冷卻液。從材質上，分為銅水箱和鋁水箱。從內部結構上，分為板翅式、管帶式、管片式。
2、電子風扇。不同發動機冷卻系統，新能源汽車冷卻風扇都是采用電子風扇散熱。不同的冷卻系統電子風扇不同。驛力科技ATS電機冷卻系統根據驅動電機的功率可以匹配一個風扇版本、兩個風扇版本。一般情況下，兩個電子風扇散熱量足以滿足市場上常見的所有純電動汽車?；旌蟿恿ζ囉捎谶€有發動機、渦輪增壓器裝置，所需電子風扇比較多，一般也不超過6個。
3、電控系統。電控系統主要包括風扇控制器、線束、傳感器、顯示器等。驛力科技ATS是包含電控系統，但從市場整體看，并不是所有新能源汽車散熱系統都有電控系統。借助電控系統，驛力科技ATS可以智能控制新能源汽車散熱，不在像傳統發動機冷卻系統那樣“呆板”。
4、電動水泵。水泵是不可缺少的一個組件，主要作用就是提供冷卻液循環的動力。冷卻液在驅動電機及電控和水箱散熱器之間的循環就需要電動水泵。驛力科技ATS是自帶電動水泵組件的，只是有的客戶會單獨選擇水泵品牌。從系統整體穩定性而言，我們是不建議這樣做的。
展開 汽車散熱器總成對NVH 的影響分析
[摘要]
：散熱器總成用于汽車上冷卻部件散熱，這些部件包括散熱器，冷凝器，中冷器以及電子風扇等。散熱器總成通過軟墊安裝于車身的最前端，電子風扇旋轉過程中的不平衡力產生的振動激勵傳遞到車內從而導致振動噪聲問題。本文基于隔振理論討論了散熱器總成軟墊的剛度設計要求，并基于傳遞率得到散熱器總成軟墊車身安裝點的動剛度要求，同時研究了散熱器的質量和軟墊剛度組成的振動系統對整備車身一階彎曲模態影響，最后探討了散熱器總成剛體模態及電子風扇激勵頻率對應的整車模態分布情況。
關鍵詞
：散熱器總成；電子風扇；整備車身；NVH；模態分布
前言
汽車在運行過程中，為使汽車動力總成能在所有工況下都保持在適當的溫度范圍內，并且滿足空調系統的正常使用，需要對各系統的冷卻液進行冷卻。整車包括多個冷卻系統：發動機通過散熱器進行冷卻；自動變速箱通過變速箱油冷器進行冷卻；增壓發動機的增壓器通過中冷器進行冷卻；空調系統通過散熱器進行冷卻等。不同配置的車型所包含的冷卻部件不同，如非增壓發動機就沒有中冷器。這些冷卻部件通常一起安裝在汽車的最前端，通過電子風扇來加速冷卻。所有的冷卻部件及電子風扇組成一個總成，本文稱之為散熱器總成。汽車行駛過程中或冷卻風扇開始工作時，空氣從散熱器周圍高速流過以增強對冷卻液的冷卻。
汽車散熱器總成安裝于汽車的前端，通過四個軟墊安裝于車身上。由于冷卻的需求，電動車的散熱器一般為雙風扇（如圖1 所示），汽油車的風扇一般為單風扇。電子風扇旋轉過程中，存在不平衡力產生的振動激勵，振動通過散熱器軟墊傳遞到車身，從而引起振動噪聲及不舒適問題。
展開 
電子散熱工程中風扇選擇的9大因素
噪音對風扇的冷卻沒有任何影響，但對機箱系統及用戶非常重要。應盡可能選擇最安靜的風扇，并應采取措施降低風扇的噪音。
降低噪音的一種方法是盡可能使用最大的風扇。對于特定的氣流，尺寸較大的風扇以較慢的速度運行，因此產生的噪音較小。
如上所述，直流風扇比交流風扇產生的EMI和RFI要小得多。對于常規應用來說，風扇產生的EMI和RFI不是問題。但是，如果設備在干擾敏感的環境中運行，EMI和RFI可能是一個嚴重的問題。
6、風扇壽命
軸承磨損是影響風扇壽命的主要因素。大多數風扇制造商使用類似的軸承，因此軸承沒有太大的差別。大多數制造商承諾的壽命為50,000小時；每周40小時，這相當于25年。因此，風扇很可能比它冷卻的設備壽命更長。如前所述，風扇的溫度會隨著溫度的升高而顯著降低。
UL要求風扇必須能夠承受72小時的鎖定轉子（交流風扇15天），而不會造成任何損壞并且不會過熱。在消除鎖定轉子的原因后，風扇也必須能夠重新啟動并正常運行。
阻抗限制了交流風扇繞組中的電流，但直流風扇在失效期間，需要電子鎖鎖定轉子，以限制電流。目前正在使用的幾種保護類型，但并非所有保護都提供自動重啟。機箱系統設計人員應仔細評估風扇的保護類型，以確保直流風扇在移除障礙物后自動重啟。他們還應確保在間歇性電力中斷期間保護機箱系統運行良好。
7、進氣（鼓風）或排氣（抽風）？
設計人員可以選擇安裝風扇，以便從機箱系統中排出熱空氣，或將冷空氣吹入機箱系統。從理論上講，無論抽風還是抽風，都是相同的空氣量用于散熱。但在實際應用中，每種布置都有優點和缺點。吸入風扇的空氣是層流。層流流態將在機箱系統中均勻分布氣流速度。這對消除停滯的空氣（渦流區域）和局部溫度熱點很重要。
從風扇排出的空氣是湍流的。
展開 電子散熱工程中風扇選擇的9大因素
作者 ：王永康
來源 ：仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）
一、工程背景
大多數密集封裝的電子機箱系統使用風扇或鼓風扇進行強制空氣冷卻。較小的機箱系統通常使用軸流冷卻風扇，其中氣流垂直于風扇葉片。然而，較大的機箱系統可能需要離心式鼓風扇在高靜壓情況下提供足夠的氣流。
在機箱系統設計的最初階段，工程師就應確定對強制空氣冷卻風量需求進行預估。更重要的是，產品設計階段，必須為發熱部件提供良好的氣流，并為冷卻風扇提供足夠的空間和功率。
風扇選擇需要考慮的因素包括：所需的空氣流量，交流或直流電源，電壓，速度，預期壽命，EMI / RFI，散熱量，自動重啟和噪聲影響。
產品設計初始階段是需要預計通風冷卻機箱系統所需的氣流風量，這主要是取決于機箱系統內產生的熱量和器件允許的最大溫升。
在估算機箱系統內熱耗時，應該考慮器件負載發生變化或者發熱子機箱系統熱耗增加的可能性。因此，應該是在機箱系統滿載運行的最壞情況下，使用最大的熱耗來估計機箱系統所需的風量。
去掉蓋子的電子機箱系統
機箱系統所需的氣流可以通過以下計算公式或從圖表獲得，計算公式為：
這里：
Q =以cfm為單位所需的氣流（ft3 / min。）
W =以瓦為單位的熱耗
TC =溫升
例如，對于熱耗200W的機箱系統來說，如果其允許的溫升為20℃，那么機箱系統需要17.6cfm的氣流。
在下圖中，縱軸表示代表氣流需要帶走的熱耗，橫軸表示氣流的風量；兩個軸都是對數的。傾斜的線條定義了溫升（℃）。通過查找該圖表，找到表示允許溫升的斜線，然后，在該線上找到與熱耗相對應的點，此點對應的橫軸位置即為機箱系統所需的氣流流量。
熱耗與機箱系統溫升的關系
二、機箱系統阻抗
確定如何在機箱系統內安裝風扇比計算所需空氣流量要困難得多。
展開 【產品設計】電子設備中該如何選取散熱風扇的參數？這篇絕對是干貨！
1 引言
隨著電子技術的飛速發展，當今的電子設備如不考慮熱設計，通常會產生過熱現象。強迫空氣冷卻作為比較經濟、方便的冷卻手段在電子設備熱設計中得到了普遍應用。而運用強迫空氣冷卻電子設備的首要任務是選擇合適的風扇來提供足夠的冷卻空氣。
用于電子設備冷卻的風扇有各種類型，如槳式風扇、管狀軸流風扇、葉翼軸式風扇以及離心式鼓風機等。槳式風扇是最簡單的風扇。管狀軸流風扇比較常見，尺寸種類較多并且價格不高，這種風扇通常用在要求噪音低、壽命長及成本低的場合。
葉翼軸式風扇旋轉速度高，噪音高，這種風扇通常用于冷卻熱密度高、又必須工作在惡劣熱環境和振動環境的電子設備。
離心式風扇能提供高的靜壓，但一般噪音較大。在選擇風扇時首先要根據尺寸、風向、噪音以及各種風扇的特點確定風扇的種類。
2 風扇曲線
風扇的所有空氣動力學特性可以用圖1的風扇特性曲線描述。
從曲線的右邊向左看，風扇從正常工作狀態到因動力不足而滯止。在這一過程中的風扇仍傳輸空氣，但靜壓上升的同時體積流量減小，噪音增大。
從能量的觀點有助于理解風扇的特性曲線。在滯止點，風扇的勢能最大。在自由輸氣狀態，風扇的動能最大，因此流量最大。
風扇選擇的原則是在一個特定的系統中，給定的風扇只可能在一定壓力下提供一定流量。這一工作點決定于風扇的特性曲線和系統流量、壓力曲線的交點。
圖1分別列出了高、低系統阻力的工作點。選擇的風扇最好工作在高的流量、低的壓力以保持馬達的效率避免失速。每個強迫空氣冷卻的電子設備都要設法減小空氣流動的系統阻力。
展開 4/26 Ansys電子散熱風扇葉片優化
本碩就讀于電子科技大學電磁場專業。先后就職于長虹、CST China，摩托羅拉和思科，分別從事雷達天線設計、電磁場仿真軟件支持、基站PA設計和交換機EMC仿真工作。
點擊報名：https://v.ansys.com.cn/Live/ywUPKq4G?source=jishulink
【技術】新能源汽車電機熱管理
表1 電子三通閥控制條件
需要注意的是，滿足常開條件中任何一個條件，電子三通閥即保持常開狀態；只有滿足常閉的所有條件時，電子三通閥才切換狀態。
3、電子風扇控制
電子風扇的控制與傳統車類似，電子風扇采用PWM控制調節檔位，初始設計3個檔位。其控制邏輯主要涉及OBC、壓力傳感器、空調系統壓力等信號，混合動力車型還涉及發動機（或增程器）冷卻液溫度信號。
電機熱管理系統設計注意點
1、控制器溫度需求普遍低于電機，在管路連接上，將控制器置于電機前端；
2、DC/DC和OBC工作條件和發熱量對冷卻液溫度升高程度影響較小，管路連接時可置于控制器前端串聯，或并聯于前端管路上以減小其流量；
3、電子水泵根據液路的總液阻和液流量要求選取合適的產品，布置時將水泵布置在回路中位置較低的地方；
4、根據需要選擇控制元件電子三通閥和電子四通閥；
5、因電機的工作效率也會受到低溫影響，可在管路中設計電子三通閥模擬節溫器的功能，在寒冷工況使冷卻液不經過散熱器，為電機保溫；
6、電機散熱器對冷卻風溫度需求與冷凝器接近，如果可以分開布置在最前端，則分開布置；如不能，因冷凝器為電池提供冷卻，可將冷凝器置于最前，適當加大散熱的面積；
7、設計膨脹水箱解決加注和除氣的問題，機艙空間緊張時可與電池膨脹水箱合一使用，在通氣管路中設計毛細管，減少冷卻液的交換。
展開 某PHEV汽車電機冷卻系統熱管理策略優化
圖1 熱管理系統原理圖
發動機冷卻及空調采暖系統回路與傳統燃油車相比，在暖風支路增加了一個電子水泵和單向閥、水加熱PTC、以及一個三通閥，保證車輛在純電動模式下的乘員艙采暖需求.同時，在暖風支路并聯了一個板式換熱器，與動力電池升溫/降溫系統回路進行耦合換熱，從而保證動力電池的升溫需求.
動力電池升溫/降溫系統回路，是一個包含了板式換熱器、Chiller（動力電池冷卻器）、動力電池水冷板、電子水泵的回路系統.通過板式換熱器與發動機冷卻及空調采暖系統回路耦合換熱，保證動力電池的升溫需求.通過Chiller與空調制冷系統回路耦合換熱，保證動力電池的降溫需求.
空調制冷系統回路是一個包含兩個并聯制冷支路的系統.其中，一個支路為熱力膨脹閥和蒸發器，提供乘員艙的降溫需求；另一個支路為電子膨脹閥和Chiller保證動力電池的降溫需求.由于要同時保證乘員艙與動力電池的降溫需求，空調制冷回路的壓縮機及冷凝器也提高了要求.均通過電磁截止閥控制兩個支路的聯通和斷開.
電機冷卻系統回路是一個單獨的冷卻回路，包括了低溫散熱器、電子水泵、充電機、電機控制器、電機等.電子水泵驅動回路冷卻液流動，將各發熱件的熱量通過低溫散熱器與環境空氣換熱帶走.
整個熱管理系統的前端模塊 （散熱器、冷凝器、中冷器、低溫散熱器、電子風扇）通過分層布置在汽車前保險桿格柵之后.通過正常行駛及風扇驅動環境空氣強制對流換熱，將熱管理系統各回路的熱量帶走，使熱管理系統內各部件在許用或需求溫度范圍內工作.
2 電機冷卻系統匹配分析
電機冷卻系統是一個單獨的冷卻回路，且低溫散熱器布置在前端模塊的最前面.在前端模塊密封較好的前提下，低溫散熱器的進風溫度與環境溫度大致相當.電機冷卻系統的換熱基本不受其他3個換熱系統的影響，所以，可以單獨評估電機冷卻系統的設計是否滿足整車需求.
展開 電動汽車常見車型的充電系統結構原理
散熱系統采用水冷方式：利用冷卻液吸熱、散熱原理將充電器散發的熱量傳遞給冷卻液，再通過電動冷卻液泵的反復循環將冷卻液的熱量傳遞到散熱器內，當系統檢測到溫度較低時電子風扇不啟動，利用散熱器大面積的散熱片進行自然散熱，當系統檢測到溫度過高時，啟動電子風扇加速散熱器周圍的空氣循環，將其快速冷卻。
基于CFD 的新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真分析
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數值計算.首先進行了網格數量的無關性驗證；然后通過試驗驗證了數值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數參數對冷卻風扇氣動性能的影響.結果表明：相同轉速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數增多，其產生的流量越大.在冷卻風扇的靜壓效率方面，在風扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風扇靜壓效率最高.在其他靜壓區間，當葉片數為7、8時，風扇靜壓效率要高于9葉片風扇.研究可以為新能源汽車冷卻風扇氣動性能優化提供依據.
近些年新能源汽車在中國發展迅速，新能源汽車的電子冷卻風扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風扇的設計要滿足電驅系統、電池系統與空調系統的冷卻需求；同時，電子冷卻風扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風扇是至關重要的.CFD仿真分析技術的出現可以縮短產品的開發周期，同時降低開發成本，更可以從機理上研究冷卻風扇的流動細節，目前已經廣泛應用到冷卻風扇的開發中.當前對冷卻風扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個數、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風扇性能的影響.
展開 電動車比亞迪“元”細化拆解，細看電池與電驅系統
空調制冷系統
一個典型的空調制冷系統包括電動壓縮機、電子膨脹閥和冷凝器/蒸發器等核心部件。壓縮機是空調系統的“心臟”，其作用是將低溫低壓的氣態冷媒從低壓側吸入壓縮，使其溫度和壓力升高，再泵入高壓側成為高溫高壓的氣態冷媒，往復循環，是連接空調回路低壓側和高壓側的關鍵。
生產廠家來自比亞迪工業，單車價值量1500-2000元。
膨脹閥又稱節流閥，是空調系統中的關鍵部件，在空調的基本回路中置于冷凝器和蒸發器之間，作用是將中溫高壓的液態冷媒節流為低溫低壓的液態冷媒(濕蒸汽形態)，同時控制冷媒的流量不過高或過低。與壓縮機相對的，膨脹閥是連接空調回路高壓側和低壓側的關鍵。
空調散熱器總成(前端冷卻模塊)置于汽車前部，包括了冷媒回路下的冷凝器、冷卻液回路下的散熱器和電子風扇。
冷凝器是空調回路中與外部進行熱交換的部件。
散熱器是冷卻液回路中與外部進行熱交換的部件。
電子風扇的作用是加速散熱器模塊的空氣流通速率，從而提升熱交換的效率。
空調箱總成(HVAC)是制冷空調的車內模塊，其主要部件包括蒸發器、鼓風機和控制器，配合外部出風口為座艙送風。
電池熱管理系統
電池的熱管理系統需要實現對電池包的加熱和制冷兩個作用，其中與電池的熱量交換主要由電池盒內的水冷板實現，而電池包的能量與外界傳遞的主要中轉站就是電池冷卻器(Chiller)，其融合了蒸發器和換熱器的功能。
水暖PTC制熱系統
該車型采用PTC制熱的方式，其利用PTC熱敏電阻元件為發熱源，本質是常見的電流熱效應。
熱量的傳遞模式是水暖，也即采用冷卻液管路配合鼓風機為座艙加熱，在電池制熱回路中與冷卻液制冷模式共用管路。
展開 報名 | Ansys 2022 R1 流體系列新功能更新（共5場）
4月，Ansys將推出系列流體功能更新介紹，涉及旋轉機械、多相流、燃燒與化學反應、汽車外氣動以及電子散熱風扇葉片優化，共計5場，歡迎廣大流體用戶預約參加活動。
公開課 |《軸流風扇逆向建?！?干貨內容搶先看
對于需要用到的電子散熱風扇、環境電器風扇、工業風機等用戶而言，主要還是選型工作，尤其是很多中小型企業是沒有風機葉形設計能力的，所以用戶為了達到更大的風量，只能加大轉速或者選用更大出風面積的風扇，這無形中增加了輸入的電機功率。
但實際上，在原有風扇的基礎上，不調整電機功率、甚至降低電機功率的情況下，只調整葉片的形狀參數即可達到提升風量的效果，再通過優化軟件，如Ansys optislang，就能找到最佳風扇的設計參數，很多資深的電子散熱客戶，如華為、中興已經成功實施了該項工作。
該項工作的前提是必須獲取原有風扇設計參數，如子午面、貝塔角、西塔角、葉形厚度等設計參數，同時為了提高風扇的性能仿真計算效率，可能還需要抽取單葉片流道和劃分全六面體網格，本次公開課將實現這些功能，為葉片性能仿真和優化打下基礎。
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