Fluent散熱實例的案例
電氣設備散熱仿真實例分享
大功率電氣設備的一個主要問題是熱管理。借助 COMSOL Multiphysics 仿真軟件，我們與
BLOCK Transformoren- Elektronik
公司共同開發了一個包含了所有重要細節的模型，用于模擬大功率電氣設備傳熱。為了運行此仿真模型，我們不得不利用包含
混合建模
的高性能計算。這篇文章，我們將討論如何使用 COMSOL 軟件來完成這個真實的建模任務。
熱管理仿真:測試裝置
我們的測試裝置包括一個周圍纏繞著銅線圈的疊片鐵芯，一些用于保持穩定性的塑料和鋁部件。在距離鐵芯 1m 遠的地方放置了一個傳統的計算機風扇。我們必須計算發生的電磁損耗以及設備周圍的湍流非等溫流體流動。我們為鐵芯特意設計了一個氣隙，用于分析它對線圈和鋁部件內部電流的影響。
電感器裝置
測試模型示意圖。
首要工作
工程師，特別是那些有項目期限的工程師一直在尋找計算（和建模）的工作量和準確性之間的合理平衡。因此，最好在仿真開始時就考慮對模型進行適當的簡化，因為這類模型在幾何結構上的長寬比對計算相當具有挑戰性。
風扇和設備之間的距離大約是 1m，而銅線圈之間的內部間隙大約是 0.1mm，故長寬比為 10000。為了使計算時間盡可能短，我們選擇了開發子模型的方法我們開發的第一個模型對變壓器幾何結構進行了簡化，用來計算設備周圍的大尺度流場。由于模型具有對稱性，我們只開發了模型的一半幾何結構。我們將該模型的模擬結果導出后，作為下一個計算步驟的入口條件。
速度場的流線圖。速度場被用作詳細模型（在切片圖的位置）的入口邊界條件。
詳細的幾何結構
電氣設備的詳細幾何結構是在 SolidWorks? 軟件中建立的，并通過
CAD 導入模塊
導入到
展開 fluent 電機水冷散熱 ￥10
圖 19 殘差曲線圖 20 散熱效率及功率圖 21整體模型溫度圖 22 水道內部壓力圖 23 水道內部流速
歡迎土豪贊助。
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 新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
前言：
隨著新能源汽車市場推廣程度的逐漸深入，應用范圍不斷加大，對電池包散熱系統方案要求也越來越高。通過對電池散熱過程的熱仿真分析，可以預測電池溫度在放電過程中的變化趨勢，檢驗電池包的散熱性能，為電池箱的設計提供理論依據。
目前，市場上主流的熱仿真分析軟件為Flotherm，今天小編將通過一個電池包熱仿真實例，帶您快速了解電池散熱系統仿真分析。
分析中采用的前提和假設：
導熱率設置：
注：材料的導熱率設定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據部件所使用的實際材料的導熱率給定；如果是復合材料部件或多種材料組合的部件，而在3D模型中是通過簡化模型繪制的，則材料導熱率，按照集總參數法，根據經驗和理論折算給定當量導熱系數，如電芯等。
功耗設置及風機選用：
單節電池的發熱量按照電流1A和內阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風機統一為最大風量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風機，可以根據具體需求隨時改換。
分析方案：
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Y方向）：
電池放電一小時溫度分布圖1：
電池放電一小時溫度分布圖2：
仿真結論：
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
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展開 
計算機冷卻散熱系統分析 風冷與液冷耦合 實例
該計算機冷卻系統散熱分析的實際例子
特點：
模型直接讀??；
網格自動劃分；
空氣流域自動生成；
冷卻液流域自動生成；
風扇曲線工作點計算得出；
工程師所作的工作：
選擇網格定義等級
選取3D部件，定義材料物性；
選取3D部件，定義PCB板；
選取3D部件，定義熱源；
選擇二維面，定義接觸熱阻（導熱膠）；
操作簡單高效。。。。。。
冷卻散熱系統分析1.rar
冷卻散熱系統分析2.rar
(干貨）新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Y方向）
電池放電一小時溫度分布圖
電池放電一小時溫度分布圖
仿真結論
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
基于Fluent電磁流場散熱特性仿真
表2 方案一和方案二的仿真溫度對比
3.2.2 風道高度對散熱效果的影響
導風筋可將進風聚集至散熱片，構成散熱片專用風道，同時聚風板可將進風聚集到線圈盤上表面與微晶面板下表面之間的間隙處，構成線圈盤專用風道，當進風流經該風道時，不僅可為線圈盤散熱，還可有效隔絕來自微晶面板的輻射傳熱。然而，線圈盤專用風道的高度會影響進風量，進而影響發熱元件的散熱效果，因此方案二和方案三采用了不同的風道高度，來探究其對散熱效果的影響。
方案二和方案三的內部散熱結構如圖5(b)所示，導風筋、聚風板、軸流風機、PCB電路板以及線圈盤的位置相同，不同點是方案三將微晶面板向上偏移2mm，進而線圈盤專用風道的高度與方案二相比增加了2mm。兩個方案通過仿真模型計算出的內部溫度云圖如圖7所示?；趫D7可看出，高溫區域受進風影響向電磁爐的出風口方向移動。然而，方案三的高溫區域堆積在邊緣處，沒有從出風口排出，說明將微晶面板向上偏移2mm后，線圈盤上方的空間增大，空氣由出風口排出的路徑也相應增長，不利于經熱交換之后的熱空氣排出電磁爐，不利于線圈盤的散熱。
圖7 方案二和方案三的溫度云圖
兩個方案計算出不同測溫點的溫度總結于表3。方案三各點溫度均高于方案二，說明將線圈盤專用風道的高度增加后，線圈盤的散熱效果有所減弱，進而影響到位于線圈盤下方的散熱片的散熱。
表3 方案二和方案三的仿真溫度對比
4 總結
通過運用Fluent計算流體動力學仿真，對電磁爐內部散熱結構的設計提供了思路，具體為：
（1）線圈盤與散熱片可采用分層放置的方式，即線圈盤放置于散熱片的上方，這樣可利用導風筋和聚風板的結構，形成線圈盤和散熱片專用風道，合理分配進風量，有利于發熱元件的散熱。
展開 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 33 Fluent實用案例 | 動網格高鐵制動盤制動過程散熱仿真
中，相關設置與 Fluent 動網格+高鐵制動盤制動過程仿真(一) 一致，固體域所有網格選擇lc的udf。
基于Fluent的散熱仿真分析在FDM桌面機上的應用
本期增材專欄，基于某款FDM桌面機對其整機成型腔室的溫度進行散熱仿真分析，以獲得其整個成型腔室內部溫度分布狀況，同時對其散熱結構進行了相應的優化，獲得原方案和優化方案的對比結果，為后期產品的設計改進提供了參考依據。
FDM桌面機模型簡化處理
FDM桌面機主要由腔室框架、噴頭系統、送絲系統、運動結構、加熱系統、成型平臺以及其他附件等部分組成，具體可參見圖1所示。FDM桌面機整機模型結構比較復雜，在仿真計算中，需要把一些對整機成型腔室溫度仿真分析影響不大的部件進行忽略。
圖 1某FDM桌面機整機模型
圖 2某FDM桌面機簡化后模型
在本文仿真模型中，只考慮腔室框架、噴頭系統、送絲系統、部分運動件和成型平臺，腔室框架內：上壁板以頂蓋為邊界做模型簡化，去掉加強筋；下壁板以成型平臺為邊界簡化為平面；送料電機按外殼形狀做簡化，風扇按外殼形狀簡化為方塊體，具體可參見圖2所示。
同時對一些結構（比如噴頭系統）進行模型簡化。噴頭系統按噴頭保護罩形狀簡化，不考慮內部風道與結構，按照柵格面積折算表面開口大小，具體可參見圖3和圖4所示。
圖 3簡化前噴頭幾何模型
圖 4簡化后噴頭幾何模型
散熱仿真模型的建立
整個仿真模型是基于仿真軟件Fluent19.2進行搭建，由于結構復雜，使用四面體劃分網格，在細小結構附近采用小尺寸1mm捕捉曲率變化,模型中最小間隙尺寸為2.5mm,這樣保證小間隙內至少有2層網格。網格總數為4031335，最大網格畸率為0.848,網格質量過關，具體可參見圖5所示。
展開 34 Fluent實用案例 | 滑移網格高鐵制動盤制動過程散熱仿真
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 
計算機冷卻散熱系統分析 風冷與液冷耦合 實例
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part4.rar
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part1.rar
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part2.rar
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part3.rar
計算機冷卻散熱系統分析 風冷與液冷耦合 實例
該計算機冷卻系統散熱分析的實際例子
特點：
模型直接讀??；
網格自動劃分；
空氣流域自動生成；
冷卻液流域自動生成；
風扇曲線工作點計算得出；
工程師所作的工作：
選擇網格定義等級
選取3D部件，定義材料物性；
選取3D部件，定義PCB板；
選取3D部件，定義熱源；
選擇二維面，定義接觸熱阻（導熱膠）；
操作簡單高效。。。。。。
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part1.rar
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part2.rar
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part3.rar
冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part4.rar
展開 Ansys fluent16.0流固耦合散熱仿真
穩態求解：風扇用MRF模型，在cell zone conditions中勾選Frame motion，設置好旋轉中心和轉速；
一、流固耦合交界面處理方法：
1、在SCDM中設置共享拓撲；
2、打開fluent meshing，軟件自動生成contact，每個接觸重命名為interface，在fluent中會自動生成交界面；
3、把自動生成的contact刪除，單獨命名各個接觸面為interface，之后在fluent/mesh interfaces中手動匹配；
4、將接觸的part進行form new part操作，之后就不用進行交界面的耦合操作（共節點）；
二、常見報錯：
1、 does not support overlapping geometry in contact region;
2、 does not support overlapping geometry in named sections;
第一種報錯是因為有一個面被設置在了多個接觸對中，檢查接觸面，刪除重復接觸面；
第二種報錯是因為有一個面被重復的命名，檢查named section，刪除重復命名截面；
展開 計算機冷卻散熱系統分析 風冷與液冷耦合 實例
該計算機冷卻系統散熱分析的實際例子
特點：
模型直接讀??；
網格自動劃分；
空氣流域自動生成；
冷卻液流域自動生成；
風扇曲線工作點計算得出；
工程師所作的工作：
選擇網格定義等級
選取3D部件，定義材料物性；
選取3D部件，定義PCB板；
選取3D部件，定義熱源；
選擇二維面，定義接觸熱阻（導熱膠）；
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冷卻散熱系統分析（風冷與液冷耦合）.part1.rar
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