CFD仿真和熱工分析的案例
CFD專欄丨基于Inspire Fluid的隱式建模換熱器設計和熱仿真
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><br></p><p><strong>電子設備隱式換熱器的設計</strong></p><p><br></p><p><strong>Inspire Fluid吸塵器模型</strong></p><p><br></p><p>Inspire Fluid也可用于一般的管路內流場和傳熱計算，設計和仿真流程高度集成，滿足產品快速迭代設計。</p><p><br></p><p><strong>Inspire Fluid閥門建模演示模型</strong></p><p><br></p><p><strong>Inspire Fluid閥門后處理演示模型</strong></p><p><br></p><p><strong>總結</strong></p><p><br></p><ul><li>設計和仿真高度集成：Inspire Fluid直接在概念設計階段進行流場分析，對于隱式建模無須導出STL網格，打破傳統CAD→CFD的瓶頸。</li><li>參數化設計：支持對流體模型進行參數化定義，方便進行設計迭代和優化。例如在設計換熱器時，可通過調整Lattice晶格的類型和尺寸參數，快速得到不同方案并進行對比分析。</li><li>探索和優化：Design Explorer工具根據用戶設定的目標和邊界條件，對流體結構進行優化，突破傳統設計的限制，生成輕量化且高性能的流體部件。</li><li>多物理場耦合：考慮流體力學與固體力學的耦合作用，如設計出的散熱器既有優良的換熱性能，又保證結構強度的要求。</li></ul><p><br></p><p>本期的基于Inspire Fluid的隱式建模換熱器設計和熱仿真分享就到這里啦，下一期我們將分享更多實用功能，敬請期待。
展開 基于CFD分析和試驗的整車熱管理性能研究
隨著各類一維和三維商用仿真軟件的推陳出新，整車熱管理開發越來越倚重于運用各類軟件來驗證方案，以期達到更佳效果的同時減少開發周期和成本，學者們在此方面做了大量的研究和實踐。文章采用CFD仿真結合整車環境模擬倉試驗的方法，驗證了一系列優化方案對整車熱管理性能的貢獻，選擇了最優的方案組合進行應用，幫助車型通過熱平衡考核，對其他車型的開發也有很好的借鑒意義。
1現狀分析
在某新車型項目開發中，出現了整車熱平衡考核無法通過，冷卻性能嚴重不足的情況。主要表現為：爬坡工況和高速工況水溫快速超過118
℃
的報警限值，儀表報警，整車空調停止工作進入熱保護狀態；在連續爬坡工況中，還出現了發動機工作粗暴，功率和扭矩逐漸下降的現象。
通過采集發動機水溫、進氣溫度、發動機控制單元控制數據等參數并分析后，將問題歸結為3方面：1）散熱系統性能不足，導致水溫超標；2）停機后無法有效降低缸體和增壓器溫度；3）中冷器性能不足，導致連續爬坡工況下發動機進氣溫度超標，爆振增加，功率和扭矩丟失。
2方案制定
2.1優化格柵
增大車輛上、下格柵開口面積可以有效增加機艙進風量，但過大的開口會影響整車視覺美觀性，對異物的阻擋效果也會降低，導致散熱器過早的損壞；機艙進風量的增加意味著整車風阻的增大，這也會對整車油耗產生不利影響。因此，選擇合適的格柵開口面積非常重要。
根據格柵造型、格柵與冷卻模塊的位置關系，制定了格柵開口增大方案，如圖1所示。對方案進行了仿真分析，分析結果，如表1所示。
展開 論文推薦 | 燃料泵柱塞油膜摩擦生熱CFD仿真分析
Wieczorek等[7]通過仿真程序CASPAR對柱塞泵間隙流動進行了仿真, 該仿真程序通過求解雷諾方程分析柱塞泵在特定工作狀態下的動態特性。OLEMS[8]給出數學模型計算柱塞副的流動狀況, 通過求解能量方程獲得油膜溫度分布, 并通過試驗驗證了模型。陳慶瑞[9]較為完整地提出了4個油膜特性的測試方案。目前基于仿真方法的研究往往都是通過給定邊界條件, 研究油膜壓力和溫度的分布與變化, 對于由兩側壁面相對運動導致油膜溫度上升的研究較少。
在實際工況下, 柱塞油膜的產熱機制較為復雜。摩擦生熱作為柱塞油膜的主要產熱方式之一, 其產生的熱量難以準確測量。文中基于計算流體力學(computational fluid dynamics, CFD)軟件對燃料泵柱塞油膜進行數值仿真分析, 仿真柱塞油膜在不同工況下摩擦生熱引起的溫度上升。
01
柱塞油膜CFD仿真建模
燃料泵工作時, 斜盤跟隨主軸轉動并施加作用力將柱塞推入油缸, 彈簧的回復力再將柱塞推出油缸, 轉動1周即完成1次吸壓油過程。燃料泵局部結構和柱塞副結構如圖1所示。柱塞往復運動可分解為進入柱塞套的壓油階段和離開柱塞套的吸油階段。
展開 流體力學分析軟件VirtualFlow，實現核反應堆熱工水力高效仿真
3 月 13 日，由中國核學會核反應堆熱工流體力學分會主辦，中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室、上海積鼎信息科技有限公司、先進核能技術全國重點實驗室承辦的 “核反應堆熱工水力仿真技術前沿探索與實踐” 線上直播活動圓滿舉辦。本次活動聚焦核反應堆仿真領域的最新進展與挑戰，吸引了近300位行業專家及在校學生的關注。
中國核動力研究設計院反應堆工程研究所副所長、中國核學會核反應堆熱供流體力學分會的理事長 黃彥平 在致辭中指出，核能技術的迭代對流體仿真提出了更高要求，亟需在精度提升、計算效率優化及模型驗證等方面取得突破。國產流體仿真軟件的自主研發是打破技術壟斷的關鍵。黃總呼吁產學研各方需強化合作，通過資源共享與協同創新，共同攻克行業難題。
作為本次活動的承辦單位之一，積鼎科技研發中心總監符凱的報告《國產流體仿真軟件在核反應堆仿真中的應用》受到關注。積鼎科技深耕 CFD 領域多年，自主開發了通用流體仿真軟件 VirtualFlow在核反應堆仿真中展現出顯著優勢。
積鼎科技的仿真軟件可應用于核領域的多種堆型，包括壓水堆、鉛鉍/鈉冷快堆、熔鹽堆等。在壓水堆中，軟件可模擬安注水過程、氫氣復合及燃燒、抑壓水池工作過程等；在鉛鉍/鈉冷快堆中，可進行金屬液體熱工水力計算、事故工況下自然對流計算等；在熔鹽堆中，實現了堆芯流量分配計算、熔鹽泄露凝固計算等關鍵場景的仿真。
技術優勢：
全代碼自主可控：該軟件安全可靠可控，經第三方評測顯示代碼自主率超過 95%。
全方位仿真能力：支持多相流、湍流、相變、傳熱等復雜物理模型，能夠精確模擬核反應堆中的流動傳熱傳質、多相流相變、可壓縮流體、多組分等問題。
應用場景覆蓋廣：軟件經過市場長期驗證，已積累的測試案例庫>1000個。
展開 
積鼎CFD VirtualFlow 基于熱限制相變和流固耦合模型的冷板共軛傳熱相變仿真
本文將利用積鼎通用流體仿真軟件VirtualFlow對水平冷板的共軛換熱進行模擬，主要涉及相變過程的流動和傳熱傳質問題，通過分析為高熱流電子設備散熱設備設計提供指導。仿真過程將用到VirtualFlow自主開發的熱限制相變模型和流固耦合模型。
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01 熱限制相變模型
飽和溫度相變模型，即界面兩側流體對界面的熱擴散正好被相變潛熱抵消。使用該模型的時候，需要確保界面處的網格足夠小，以保證流體網格中心與界面之間的換熱計算是準確的。
02 耦合模型
計算流固耦合傳熱問題的首要問題是建立界面兩端的溫度與熱通量之間的關系，使耦合求解流體域和固體域的溫度場成為可能。
貼體網格的情形，流固界面和網格界面正好重合，可由下面的公式建立界面兩邊網格溫度與界面熱通量的關系:
VirtualFlow引入IST技術，使用笛卡爾網格，以非貼體的方式描述任意復雜界面，流固界面與網格之間界面不重合。以下是VirtualFlow的處理方式。
一般VirtualFlow中，通過Heaviside階梯函數打開或者關閉特定區域的流場求解。當共軛傳熱模塊關閉時，階梯函數H在流體域內為1，在固體域內為0（如果不打開TSolid功能）。當開啟共軛傳熱模塊時，階梯函數H為固體階梯函數和流體階梯函數的復合，即在全體計算域內皆是1，因此固體和流體內的溫度場同時求解。
展開 用在投影機之CFD熱流仿真與分析軟件介紹
以筆者使用過的三種仿真分析軟件為例：Flowtherm，I-Deas，StarCD，其各有特色，在業界則以Flowtherm使用者較多，而-deas由于具有可以處理熱輻射的TMG模塊，近年來在投影機廠商中使用的比例也愈來愈多。
另外，Icepak是近年來另一個興起的熱門軟件，因為筆者未用過，因此，在此不做評論。
其實可以作為熱流仿真與分析的軟件很多，但是在工業界使用時，其實最大的考量便是便利性，分析軟件若是可以與CAD機構設計軟件互相搭配，則能節省不少寶貴的時間，直接從機構設計人員手中接過設計圖，便可以進行模擬分析，不但可以節省模擬分析的人重新繪圖時間，也可以立即將修正后的結果回饋給機構設計人員進行修圖，節省熱流模擬的時間。以筆者的經驗來說，I-Deas是最能符合此項要求的仿真分析軟件。
熱流分析軟件的比較
主要特色
優點
缺點
Flowtherm
1 .利用計算流體力學CFD技術的電子熱傳分析軟件
2. 可同時分析熱傳導、熱對流及熱輻射三者效應共存的問題。
簡單、簡單易學，容易上手，若針對電子熱傳，可以得到相當不錯的結果！
格點數目太多，無法分析不規則形狀或曲面。
不能o在Windws 2000下使用
I-Deas
1. 使用Finite-Elements Model
2. 有ESC與TMG模塊可以分析電子熱傳與熱輻射
1. 有自己的CAD的機構設計環境，功能模塊完全。
2. 可將Pro/E或是ANSYS的圖文件讀入，對于數據轉換很方便
在熱輻射的分析中有TMG模塊可以使用，但是對于view factor的條件設定必須要有經驗，否則容易算出不合理的答案。
StarCD
1. 使用CFD的技術所開發的熱流軟件。
展開 如何在熱交換器中同時使用流動仿真和熱分析
步驟1：
通過此圖形創建簡化熱交換器
步驟2：
在 SW 中，您可以獲得 model。打開 “Flow Simulation” 模塊
步驟3：
創建新的流程項目
步驟4：
在“type of task”（任務類型）頁面上，打開“Heat conduction in solids”（固體中的熱傳導）
步驟5：
在“fluid”頁面上添加“water”
步驟6：
在“material”頁上添加 material aluminum。所有其他參數均為默認值
步驟7：
在細部孔中創建插件
步驟8：
在細部孔上創建邊界條件。在套管入口處創建質量流量 5kg/s 的參數。溫度為 573K
步驟9：
在外殼外部，創建一個邊界條件 “ambient pressure”
步驟10：
在管道入口處，創建一個邊界條件，“輸入速度”為 1m/s，溫度為 278K
步驟11：
在管道出口處，設置邊界條件“出水速度”1m/s
步驟12：
開始計算
步驟13：
計算后添加結果“流動軌跡” – 流動溫度，類型 – 管材，內管面（進管、出管），點數 - 100
步驟14：
添加結果 “流動軌跡” – 流動溫度，類型 – 管材，內管面（進、出），點數 – 20
步驟15：
你得到結果！！
溫度上升約 30 度。
我不知道您的熱交換器的參數，因此結果是近似的。
展開 線上培訓 | Cradle CFD 熱流體仿真分析基礎培訓（2天）
Cradle scSTREAM熱流分析軟件已經為電子和建筑行業服務了三十多年。該軟件不斷推陳出新，無以倫比的友好界面和高校的求解能力是該軟件的兩大特色。前處理采用結構化網格，支持曲面捕捉（CUT-CELL）；求解器采用有限體積法；后處理可創建并編輯截面、等值面、流線等對象。擁有電子散熱及建筑領域專屬的模型，電子散熱領域如Delphi模型，Gerber數據導入，PCB板快速仿真，熱瓶頸捕捉。此次培訓強調理論和軟件操作相結合，內容以scSTREAM在電子散熱的應用為主、典型工程案例、軟件練習等，歡迎報名參加！
1 培訓目標
- 了解CFD仿真流程及規范：計算域的建立原則、網格密度分布原則、零部件簡化原則、邊界條件批處理、湍流模型選擇方法、判穩準則等等CFD熱流解析中常見的規范性問題。
- 了解電子散熱中所遇現象的分析方法：輻射、自然對流、芯片Delphi模型、焦耳熱，Gerber數據應用，PCB板快速仿真，熱瓶頸診斷等。
- 了解scSTREAM的基本功能及特點。
- 能采用scSTREAM完成電子散熱的CFD分析，如模型建立、前處理、計算過程、后處理。
- 了解scSTREAM的散熱分析的工程案例。
展開 ANSYS CFD/ICEPAK 在電子、電氣熱設計和散熱分析技術高級培訓班
2016年7月13日 - 2016年7月14日
9:00 - 17:00
培訓內容：
第一天
■CFD理論及ICEPAK軟件簡介
CFD入門基礎簡介
ICEPAK軟件功能簡介
■ICEPAK軟件介紹（熟悉軟件操作界面）
模型建立
網格劃分
邊界條件
求解設定
后處理（ICEPAK后處理及CFD-POST后處理）
■PCB板熱仿真分析案例（結合軟件demo）
案例介紹
Demo演示
第二天
■機箱散熱仿真分析案例（結合軟件demo）
案例介紹
Demo演示
■ICEPAK參數化案例分析
ICEPAK參數化分析
Workbench參數化分析
■LED案例仿真分析
復雜外部模型的導入
網格如何細化設置
■答疑
培訓講師： ANSYS認證工程師
收費標準： ￥4000/人，包括培訓費、資料費、書籍費、證書費和上機費（學員食宿自理）
電腦：學員自帶筆記本為主，ANSYS公司提供12臺電腦
上課時間：2016年7月13日-14日（上午9點-12點，下午2點-5點）
上課地點：ANSYS原廠深圳分公司：深圳市福田區金田路4028號榮超經貿中心1009
點擊下載ANSYS仿真高級培訓班報名回執表
報名方式：填寫報名回執表發送Email或傳真至深圳分公司（0755-82550670）
深圳聯絡人：莊百興 18675506525 baixing.zhuang@ansys.com，0755-82552976
特別優惠：
團體報名：￥3200元/人（3人及以上）；5人報名，1人免單
ANSYS老用戶：￥3200元/人
在維護期內的用戶：￥2400元/人
提前2周報名并付款，在上述三條基礎上再優惠￥200元/
展開 告別低效CFD分析！FLOEFD：CAD嵌入式熱仿真，讓研發周期縮短75%
<p><strong>FLOEFD：熱仿真效率新標桿</strong></p><p><strong>告別低效CFD分析！FLOEFD：CAD嵌入式熱仿真，讓研發周期縮短75%</strong></p><p>在工業產品研發領域，流體流動與熱傳導仿真（CFD）是保障產品性能的關鍵環節，但傳統CFD分析卻常年陷入“低效困境”：CAD數據轉換耗時久、網格劃分動輒數天、仿真只能在設計后期介入，一旦發現問題返工成本極高，成為研發流程中的“拖油瓶”。</p><p>而Simcenter FLOEFD的出現，徹底打破了這一僵局——作為一款完全嵌入CAD環境的CFD軟件，它將熱仿真分析前置到設計早期，為工程師打造了“CAD內一站式完成流熱分析”的高效解決方案。</p><p><strong>原生CAD適配，從源頭省時間</strong></p><p>FLOEFD深度兼容NX、Solid Edge、CATIA、Creo等主流CAD軟件，無需轉換CAD幾何體即可直接開展流體流動與熱傳導分析。這一特性徹底消除了傳統CFD分析中“數據格式轉換”的耗時環節，工程師無需在CAD與仿真軟件間反復切換，設計與仿真的銜接效率提升數倍。更重要的是，原生CAD幾何體的直接使用，避免了數據轉換過程中模型失真的問題，為仿真結果的準確性筑牢基礎。</p><p><strong>早階仿真介入，研發周期直降65-75%</strong></p><p>傳統CFD分析往往只能在設計定型后開展，而FLOEFD支持在開發設計早期就完成流熱仿真與分析。工程師可基于設計初稿快速評估幾何體、邊界條件修改對產品性能的影響，提前發現并解決流熱問題，避免后期大規模返工。數據顯示，相比普通CFD方法，FLOEFD可將研發時間縮短65-75%，大幅降低研發成本，加快產品上市節奏。
展開 電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
Simdroid耦合仿真老化分析結果，保留了繞組以更直觀地展示相應位置的老化程度
基于該模型可開展針對絕緣紙的老化分析，其結果可幫助電力變壓器運維人員制定更優化的策略。通常用聚合度（DP）作為特征參量來表征絕緣紙的老化程度，它在物理上代表絕緣紙纖維素分子鏈中葡萄糖單體的重復出現次數平均值，DP值越低，老化程度越高，也意味著更高的失效概率。重慶大學的研究團隊結合二階動力學模型，基于實驗和仿真結果深入分析了溫度相關的纖維素降解機制，以聚合度累計損失率為指標，將絕緣紙降解動力學模型不斷進行改進優化，并將研究成果在Simdroid后處理器中進行集成。軟件用戶可使用該項定制功能方便地調用物理場仿真結果完成絕緣紙老化分析，并通過可視化功能查看相應結果。
Simdroid 是由北京云道智造科技有限公司開發的基于“仿真平臺+仿真APP”模式的通用多物理場仿真平臺。該平臺具備自主可控的結構、電磁、流體和熱四大物理場求解器和多物理場仿真內核，在統一友好的環境中為仿真工作者提供了前處理、求解分析和后處理工具，同時其內置的APP開發器支持用戶以無代碼化開發的方式便捷封裝全參數化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經驗轉化為可復用的仿真APP，實現知識變現。仿真APP通過APP商店Simapps 實現在線展示、交易，用戶通過云端快速、便捷、低成本使用各類工業APP，真正實現普惠仿真的愿景。Simdroid 已經在電力、家電、生物醫療、電子信息、航空航天等行業領域得到了廣泛的工程化應用。申請試用：https://www.simapps.com/v2/tool/simdroid
展開 
基于CFD和FSI的擺線泵仿真分析
首先基于COMSOL軟件建立了擺線泵的模型，對旋轉域采用動網格技術，流固耦合界面進行設置，設置相應的邊界條件后對泵進行CFD和FSI仿真，并與試驗結果進行對比。結果表明：FSI的仿真的流量平均值均更接近試驗的結果，FSI出口處流量脈動率最大；FSI和試驗的出口壓力平均值均低于CFD的仿真值，且CFD和FSI的壓力均值更接近實際出口邊界設置。通過對比內外轉子間流體域某一截面速度和壓力得出：在吸油區域計算得到的負壓CFD大于FSI，計算得到的速度CFD小于FSI；在排油區計算得到的正壓力CFD大于FSI，計算得到的速度CFD小于FSI的結果。在內外轉子與流體耦合界面某點處CFD的壓力隨時間的波動值均大于FSI的壓力值。通過對比發現耦合對計算結果有很大的影響，對泵進行流固耦合分析使得分析結果更加真實，更有利于對泵的流場和轉子動力學特性進行分析。
展開 淺析動力電池熱失控機理和仿真分析
3、系統級熱管理仿真
進行系統級電池冷卻分析，進行chiller和散熱器等部件選型
能夠考慮電流限制的影響
能夠建立從電池熱管理的子系統模型到整車的能量管理模型，從而全面的分析車輛系統和子系統/零部件的能 量流動和效率以及相關控制策略的設計優化
4、動力電池PACK仿真分析
由于篇幅的原因，新能源汽車熱失控仿真分析筆者不再贅述。但是筆者先前在技術鄰平臺發布原創精品課《新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講》和《新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講》已經更新完結，感興趣的朋友可以訂閱。
展開 熱仿真介紹、學習步驟講解及散熱仿真軟件Icepack和Flotherm的對比分析（含176講零基礎視頻教程）
通過多種建模和網格劃分技術，?Ansys Icepak能夠精確地模擬熱傳導、?對流和輻射等熱交換過程，?并通過結果可視化和數據分析進行評估和優化。?
此外，?Ansys Icepak還支持與其他ANSYS旗下的軟件進行集成，?實現電、?熱、?結構等多物理場耦合模擬，?使得工程師能夠動態地將Icepak與其他工具鏈接，?以獲得更全面的電熱解決方案。?
Simcenter Flotherm則是一套電子系統散熱仿真軟件，?通過快速、?準確的電子冷卻CFD仿真，?提升電子熱管理的可靠性。?它通過強大的網絡建模和多物理場求解算法，?能夠精確地模擬流體和固體之間的熱交換效應，?包括傳導、?對流和輻射等。?Flotherm幫助工程師在產品設計初期快速創建電子設備模型并進行分析，?對多種系統設計方案進行評估，?識別潛在的散熱風險，?規避樣機試制風險，?減少重復設計，?縮短開發周期，?降低成本。?
當設備中異形面對散熱有關鍵影響，而又沒辦法簡化時，雅薦使用Ansys lcpeak。
當設備中異形面不多，或異形面可以通過合理簡化消除時，推薦使用Flotherm。
當產品熱仿真數據需要用來進行熱應力分析、電磁分析等后續計算時，推薦使用Ansys lcepak。
Ansys Icepak和FLOTHERM作為兩款功能強大的熱仿真軟件，為工程師提供了全面的散熱設計和優化支持。通過正確的學習方法和實踐經驗，工程師能夠更好地理解和應用熱仿真軟件，從而在產品開發過程中取得更好的散熱效果。讓我們一起努力，讓散熱更高效！
熱仿真課程推薦
??課程名稱
《從零開始學散熱——實用Ansys Icepak熱仿真教程》
?????課程適合誰
熱設計工程師、結構工程師、硬件工程師、散熱器工程師等。
導熱材料工程師、風扇工程師等。
展開 Workbench和Maxwell聯合仿真做電磁-熱分析問題
如圖，A為瞬態磁場分析，B為穩態熱分析，本人先在Maxwell進行3D瞬態磁場分析，得到分析的結果需要導入Workbench里面，但是不懂怎么導入啊，還有導入的是什么格式的文件，哪位大神知道指導一下。
