Fluent電機散熱的案例
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 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??
Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
【前言】10年前，作為CFD仿真技術支持工程師的時候，最驕傲的一件事就是做了一個全電機的散熱仿真咨詢項目，雖然很辛苦，但項目的鍛煉價值極高，讓我在后續多年工作中都受益無窮。
那個時候采用的是DM和ICEM交替來簡化電機模型，現在有了SCDM神器，模型處理效率大大提升。那個時候計算機硬件內存有限，網格劃分只能采用混合網格，用混合網格，模型又必須進行相應的等效和簡化，所以你除了要熟悉電機的工作原理，你還需要對電機組成結構的每一部分的功能和作用都了如指掌。而現在有了Ansys Fluent Meshing，網格劃分的效率大幅提升，針對Ansys CFD電機散熱仿真的關鍵技術包括：模型簡化、網格劃分、接地系數、絕緣處理、風扇罩處理、氣隙處理等等。
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電機散熱仿真分析的必要性
電機是一種實現機電能量轉換的電磁裝置。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機。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。
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來稿 | Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
【前言】10年前，作為CFD仿真技術支持工程師的時候，最驕傲的一件事就是做了一個全電機的散熱仿真咨詢項目，雖然很辛苦，但項目的鍛煉價值極高，讓我在后續多年工作中都受益無窮。
那個時候采用的是DM和ICEM交替來簡化電機模型，現在有了SCDM神器，模型處理效率大大提升。那個時候計算機硬件內存有限，網格劃分只能采用混合網格，用混合網格，模型又必須進行相應的等效和簡化，所以你除了要熟悉電機的工作原理，你還需要對電機組成結構的每一部分的功能和作用都了如指掌。而現在有了Ansys Fluent Meshing，網格劃分的效率大幅提升，針對Ansys CFD電機散熱仿真的關鍵技術包括：模型簡化、網格劃分、接地系數、絕緣處理、風扇罩處理、氣隙處理等等。
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電機散熱仿真分析的必要性
電機是一種實現機電能量轉換的電磁裝置。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機。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。
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。
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 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 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
電機控制器在新能源汽車中對于保障動力和安全性能扮演著至關重要的角色，其核心部件IGBT（絕緣柵雙極型晶體管，一種電壓驅動式功率半導體器件）在工作時會因自身的功率損耗而產生大量熱量，一旦溫度超出規定的安全范圍，其性能就會顯著下降，嚴重情況下甚至會造成器件的永久性損壞，影響整個新能源汽車的動力輸出和行駛性能。
基于上述問題，鑒于液體的比熱容較大，能吸收大量熱量而自身溫度升高較小，因此該行業廣泛采用液冷技術實現IGBT的有效散熱。此外，冷卻液可直接接觸IGBT模塊，使其溫度分布更均勻，避免局部過熱，進而有效延長IGBT模塊的使用壽命。
伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）能夠精準模擬IGBT在不同工況下的溫度分布情況，從而有針對性地優化散熱方案，確保IGBT始終處于安全的溫度區間內，保障其可靠運行。
Simdroid-EC功能亮點
Simdroid-EC是基于伏圖平臺（Simdroid）開發的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，內置電子產品專用零部件模型庫，支持用戶通過“搭積木”的方式快速建立電子產品的熱分析模型，并利用成熟穩定的算法計算流動與傳熱問題，對電子產品進行高效的熱可靠性分析；可廣泛應用于通信設備、電力電子、半導體產品與設備、汽車、航空航天等工業領域。
本文通過某電機控制器的案例來說明Simdroid-EC的功能亮點。
1. CAD模型導入
通過Simdroid-EC導入接口，可以直接導入液冷流道和IGBT的.stp模型文件，無需打散，可完整還原導入體原貌。
導入模型
2. 便捷多流體域劃分
Simdroid-EC的多流體域仿真功能非常便捷。只需將智能元件流體標記點放入流體域中，軟件即可自動識別到連通的腔體，并形成流體域，無需繁復地用體積區域搭建流體區域。
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 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
Fluent 滑移網格+高鐵制動盤制動過程散熱仿真(一)
上一節已經展開了動網格制動盤散熱過程的教學，因此本節展開滑移網格的耦合教學。
1 workbench 設置
本案例分為三個模塊，其中分別是滑移網格運動區域，固體結構和外部靜止域。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
與Fluent 動網格+高鐵制動盤制動過程仿真(一)一致，因此不做過多闡述：
固體域區域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網格設置
采用Fluent meshing進行網格劃分，增加固體域網格劃分，不做過多闡述：
3 FLUENT 設置
3.1 General設置與網格導入
首先導入網格，由于是三部分網格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網格導入，然后勾選穩態計算，具體設置如下圖所示。
展開 ANSYS與FLUENT瞬態散熱模型對比
最近在做熱分析時，得到這樣一個ansys的算例——帶空金屬板冷卻的瞬態熱分析，使用fluent軟件進行了仿真，與ansys的結果做以對比。
問題描述如下：一長方形金屬板，板得長度為15cm，板得中央是一個半徑為1cm的圓孔。板得初始溫度為500℃，將其突然放置于溫度為20℃，表面傳熱系數為100W/(㎡*℃)的流體介質中，試計算：
1）第1s及第50s這兩個時刻金屬板內的溫度分布；
2）金屬板上4個頂點在前50s內的溫度變化（本文只取左上角點A，如圖1所示）。
該金屬板得基本材料性質如下：
密度為5000kg/m3，比熱容為200J/(kg*℃)，導熱系數為5W/(m*℃)。
圖1
對于這個問題，模型比較簡單，本文對其操作步驟不再詳述，重點在對比ansysy和fluent的仿真結果上。
圖2
圖3
從上圖中可以看出，Ansys的分析結果：1s時，A點的最大溫度為499.999℃，最小溫度為464.98℃；50s時，最大溫度為437.713℃，最小溫度為270.812℃。Fluent仿真結果：1s時，A點的最大溫度為499.99℃，最小溫度為465.37℃；50s時，最大溫度為437.4℃，最小溫度為275.72℃。從上面的兩組數據可以看出，兩種軟件的結果是吻合的，相差在1%左右。
圖4
從上圖中可以看出，ANSYS和FLUENT的結果趨勢完全吻合，最大相差4%。
針對兩款軟件對此問題的求解的結果的差別，或許是求解方式上的差別，ansys是基于有限元的求解方法，fluent是基于有限體積的求解方法。
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
本文部分內容摘自：”專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程“ 中" TCE(熱電制冷)散熱系統設計 "章節中部分內容。
詳細了解本課程，也可點此下方鏈接：
專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程（國內首套有關散熱理論設計的系統培訓課程）
圖1 2012款Nissan聆風的電機
圖2電機水道
如圖1所示為2012款Nissan聆風的電機。電機為永磁同步電機，最大輸出功率為80kw。電機采用分布式繞組定子結構。圖2中展示了由壓在電機定子周圍的水-乙二醇（WEG）冷卻套組成的熱管理系統。冷卻套由鋁制成，有三個相對較大的冷卻通道。冷卻通道的尺寸大約是35mm寬，12.5mm高。冷卻套的內徑約為200mm，外徑約為250mm，軸向總長度約為210mm。冷卻套(不包括定子和轉子)的近似重量為10.1 kg。
對電機熱管理系統進行了熱性能測試。為此，電機首先連接到WEG流量測試臺。在入口溫度為65℃時，試驗臺通過冷卻套循環WEG(按水和乙二醇的各為50%的混合物)。測量了系統在不同WEG流量下的熱阻。采用直流、大電流、低壓三種電源對電機繞組進行加熱。約160A通過電機的所有三個階段提供約530 W的總熱量。在每個相的正、負(中性)側的壓降測量值，連同所提供的電流一起被用來計算所耗散的功率。
展開 基于Fluent電磁流場散熱特性仿真
（2）合理利用電磁爐內部空間，適當減小風道兩側的空間以增大沿程阻力，可將進風更多地聚集至風道，提高進風有效利用率，進而提升風道散熱效果。
（3）控制線圈盤上表面與微晶面板下表面之間間隙的寬度，以縮短熱空氣的排出路徑，進而提升發熱元件的散熱效果。
文章來源：電機君
