共軛換熱的案例
ANSYS Fluent案例解析_共軛換熱
并分享一個關于共軛換熱的簡單案例_
▉ 共軛換熱
▉ 案例解析
▉ 討論
02
共軛換熱
問：什么是CHT？共軛換熱？
答：Conjugate Heat Transfer，即共軛換熱是指兩種材料熱屬性的物理之間通過介質或者直接接觸，發生的一種耦合換熱現象。
◆流體傳熱與固體傳熱相互耦合。
◆由于流體求解器同時具備流體與固體傳熱計算的能力，因此可以直接采用流體求解器進行求解，無需使用流固耦合計算。
ANSYS教學視頻| Mapping技術助力Fluent輕松解決Underhood共軛換熱問題
視頻內容：
發動機艙內大量的復雜結構件給工程師進行熱管理仿真帶來了很大的挑戰，傳統的基于流體-結構網格共節點的求解方式存在網格生成難度大，網格量不容易控制等問題，本視頻介紹了基于FLUENT最新的Mapping技術，工程師可以分別生成結構網格及流體網格，僅通過指定界面Mapping關系即可完成復雜結構的共軛換熱分析，大大提高了發動機艙及整車熱管理分析的效率。
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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 電池熱管理CFD解決方案，為新能源汽車筑安全防線
而作為新能源汽車 “心臟” 的電池系統，其熱管理技術的優劣，直接決定了車輛的安全性、續航里程和使用壽命。電池在充放電過程中會產生大量焦耳熱，若熱量無法及時散發，電池溫度持續攀升，不僅會導致電池性能衰減、容量降低，還可能引發熱失控，造成嚴重的安全事故。因此，高效精準的電池熱管理系統，已成為新能源汽車產業發展的核心技術瓶頸之一。
積鼎自主研發的 VirtualFlow計算流體力學軟件，憑借其先進的技術架構和卓越的計算性能，為電池熱管理領域帶來了創新的解決方案，為我國新能源產業的自主可控發展提供了有力支撐。
在數值計算層面，VirtualFlow 針對電池熱管理系統建立了全面且精準的計算模型。計算域精細涵蓋了從電芯、母排、正負極等核心部件，到導熱膠、電池包外殼等輔助結構的固體區域，以及負責熱量傳遞的液體冷卻通道流體域。
在網格劃分這一關鍵環節，VirtualFlow 采用先進的笛卡爾網格技術，通過簡單設定流體域尺寸和加密區域，即可實現網格的自動化生成，極大地提高了建模效率。與Fluent 軟件使用 FluentMeshing 劃分多面體網格的方式相比，VirtualFlow 不僅操作更為簡便，而且創新性地運用 IST 網格技術，實現了流體域與固體域共用同一套網格，顯著提升了共軛換熱問題的求解精度，有效避免了因網格不匹配導致的計算誤差。
計算設置過程中，VirtualFlow 基于對電池熱管理物理過程的深入理解，選用標準的 k-epsilon 湍流模型，并以水作為冷卻介質，確保模型能夠準確模擬實際工況。同時，針對不同固體材料，如導熱膠、冷板、母排等，精確輸入其密度、比熱容、導熱系數等關鍵屬性參數，使得計算模型更加貼合真實物理特性。
展開 
流固耦合經驗淺談
，也可以用到共軛換熱的內容；
結構方面：常規的結構設置，各類接觸及可能用到的APDL命令等
耦合方面：Workbench下的system coupling；主要是理解數據傳遞及其計算工作的原因；
五、個人的一些建議
1、能單向就單向，盡量不做雙向流固耦合
不管是做科研還是做項目，仿真都是一種工具手段，目的是為了解決問題；而解決問題又得考慮時間、經濟和精度的成本；而相對于單向耦合而言，雙向耦合無論是計算時間、調試精力、硬件資源都是遠遠超出的；所以能單向耦合解決的問題，盡量避免用雙向耦合；
2、雙向耦合調試過程要有心理準備
雙向耦合過程涉及到的內容太多了，發散的原因包括網格質量不高、動網格參數設置不合理、運動變形設置錯誤、時間步長不合理、各類載荷施加不正確、前后數據傳遞量相差太大等等。
展開 積鼎流體仿真軟件VirtualFlow: 鋰電池液冷散熱數值計算
本算例的共軛換熱，采用穩態進行計算。</p><p><br></p><h1><strong>三、計算結果</strong></h1><p>VirtualFlow與Fluent計算得到模組溫度云圖如下。為了比較云圖的效果，統一其溫度分布范圍。
干貨視頻 | Ansys答疑系列——流體專場（二）
課程收獲
● 了解ansys各模塊的功能和應用；
● 掌握共軛換熱工況的求解方法和注意點；
● 掌握運動部件的仿真方法和各自適應工況.
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課程收獲
● 了解ansys各模塊的功能和應用；
● 掌握共軛換熱工況的求解方法和注意點；
● 掌握運動部件的仿真方法和各自適應工況
Simdroid 流體分析
物理模型和物理屬性
? 二維平面、二維軸對稱、三維流動分析
? 穩態、瞬態分析
? 無粘流、層流、湍流
主要的湍流模型包含 模型、 模型以及多種低雷諾數湍流模型
? 軟件還內置了多種近壁面流動的處理方法
? 不可壓流和可壓縮流計算
? 傳熱計算
包括：強制/自然對流、共軛換熱、輻射傳熱
? 多組分混合
? 單/多相流、基于拉格朗日方法的離散相模型
? 多相流功能具備VOF、歐拉-歐拉與歐拉-拉格朗日模型
? 多重坐標系MRF計算，模擬旋轉流場
? 周期區域
? 流體/固體共軛傳熱
數值算法
? 求解器：基于壓力的求解器（分離式、耦合式）和基于密度的求解器（隱式算法、顯式算法）
? 對流項離散格式：一階/二階迎風格式、線性、加限制器的線性重構、LUST、三次多項式重構、Van leer、MUSCL、QUICK
? 梯度項離散格式：高斯、LeastSquares、Fourth
? 時間項離散格式：穩態、歐拉、半隱半顯、二階向后差分、局部歐拉
? 串行、并行計算
邊界條件
邊界條件預先設有較為通用的邊界類型，包括壓力入口、速度入口、質量流量入口、壓力出口、出口邊界、自由流。
展開 Altair Simdroid 流體分析模塊介紹
物理模型和物理屬性
? 二維平面、二維軸對稱、三維流動分析
? 穩態、瞬態分析
? 無粘流、層流、湍流
主要的湍流模型包含 模型、 模型以及多種低雷諾數湍流模型
? Simdroid軟件還內置了多種近壁面流動的處理方法
? 不可壓流和可壓縮流計算
? 傳熱計算
包括：強制/自然對流、共軛換熱、輻射傳熱
? 多組分混合
? 單/多相流、基于拉格朗日方法的離散相模型
? 多相流功能具備VOF、歐拉-歐拉與歐拉-拉格朗日模型
? 多重坐標系MRF計算，模擬旋轉流場
? 周期區域
? 流體/固體共軛傳熱
數值算法
? 求解器：基于壓力的求解器（分離式、耦合式）和基于密度的求解器（隱式算法、顯式算法）
? 對流項離散格式：一階/二階迎風格式、線性、加限制器的線性重構、LUST、三次多項式重構、Van leer、MUSCL、QUICK
? 梯度項離散格式：高斯、LeastSquares、Fourth
? 時間項離散格式：穩態、歐拉、半隱半顯、二階向后差分、局部歐拉
? 串行、并行計算
邊界條件
邊界條件預先設有較為通用的邊界類型，包括壓力入口、速度入口、質量流量入口、壓力出口、出口邊界、自由流。
展開 8月重磅課程 | Ansys答疑系列——流體專場（二）
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03、課程收獲
1
了解ansys各模塊的功能和應用；
2
掌握共軛換熱工況的求解方法和注意點；
2024卡恩獎·新能源獲獎名單出爐！積鼎科技榮獲“新能源數字化杰出服務商”稱號
高精度電池熱分析可提高冷卻效率
隨著新能源汽車行業的迅猛發展，高能量密度電池的需求日益增長，而隨之而來的電池熱管理問題成為制約行業進一步發展的瓶頸。高效的電池冷卻技術，尤其是液冷技術，對于確保電池系統的安全性、提升續航里程及延長使用壽命至關重要。
當前高效的冷卻技術主要為液冷，包括接觸式液冷和非接觸式液冷兩類。針對新能源動力電池主要為冷板式液冷，且為非接觸式液冷，具備冷卻效率高，成本低等優點，需要合理的冷卻通道設計和高精度的電池熱分析方能加快研發速率以及提高冷卻效率，然而，市場上缺乏能夠精準、高效解決這一問題的國產化動力電池熱分析軟件工具，使得新能源汽車制造商的研發過程面臨諸多挑戰。
積鼎自主軟件助力新能源電池熱分析
基于新能源電池行業企業需求，積鼎科技以流體仿真軟件VirtualFlow為核心工具，對鋰電池冷板模型進行快速網格劃分。通過精確設置冷卻液的各項參數，包括流速、溫度等，可成功模擬電池冷卻過程中的溫度和速度分布。并且，軟件的計算結果與國際上廣泛認可的主流商業軟件的分析結果高度一致，偏差范圍嚴格控制在10%以內，因此充分證明了VirtualFlow軟件在熱管理領域的準確性和可靠性。
VirtualFlow軟件不僅能夠快速生成高質量網格，且采用IST網格技術，實現了流體域與固體域的一體化網格劃分，極大提升了共軛換熱問題的求解精度。同時，其前處理對硬件要求低，普通辦公設備即可勝任大規模網格算例的處理，有效降低了企業的運營成本。此外，VirtualFlow的湍流模型、多相流及相變模型均經過廣泛驗證，其求解精度與國際知名品牌相當，充分滿足了新能源領域多樣化的仿真需求。
獨特優勢彰顯國產力量
作為完全自主知識產權的國產軟件，VirtualFlow不僅能夠滿足現有冷卻技術的仿真需求，更具備強大的可擴展性和定制化開發能力。
展開 活動回顧 | 油冷電機、變速箱仿真技術專題研討會圓滿落幕！
研討會現場
主題分享
PART1
電驅油冷電機散熱仿真解決方案
電驅系統熱設計分析需求主要有三塊：電機設計、電控設計、齒輪箱設計。傳統CFD通用軟件仿真分析的流程對時間和人力的消耗較多，不能滿足快速設計迭代的需求。用粒子仿真法與CFD傳統方法相結合，能夠互相彌補，達到降本增效的效果。主要應用軟件是ANSYS Particle Works，是一款粒子仿真軟件，不需要投入大量精力在幾何簡化和生成網格上，同時采用高效的GPU進行求解計算，大大節省了計算時間。Particle Works可用于自由表面流動計算、流動-顆粒耦合、流動-多體動力學耦合、流動-共軛換熱等場景。
安世亞太流體工程師高征宇詳細介紹了油冷電機解決方案，分享了電機油冷，齒輪箱潤滑案例。
PART2
油冷電機數字孿生解決方案
數字孿生對深入洞察產品的狀態、性能和行為有重要的作用，能夠實現系統設計，優化，預見性維護，優化工業產品管理。數字孿生系統級評估有以下主要挑戰：由于限制條件難以使用傳感器監測；難以監測所有位置，可視化效果不強；不合適的工況條件使用到研發的產品導致產品狀態性能不良等。
安世亞太流體工程師田童向來賓介紹了電機系統一維仿真流程、三維降階模型的建立、以及完整的一維系統數字孿生方案。展示了如何在物聯網平臺上部署數字孿生，并分享了油冷電機數字的孿生應用案例。
展開 ANSYS17.0新品網絡培訓
ANSYS Fluent & CFX 17.0 新功能介紹
2016/5/17
ANSYS CFD 17.0的全新燃燒解決方案
2016/5/19
Mapping技術助力Fluent輕松解決Underhood共軛換熱問題
2016/5/24
利用時間分解算法（TDM）提高瞬態電磁場仿真速度
2016/5/26
一鍵式ECE模型生成和多層次機電系統仿真
2016/5/31
ANSYS燃燒仿真模型介紹與應用
2016年6月網絡培訓；
時間：14：00--15：00
2016/6/2
利用交互調試和自動優化技術提高RTL設計功耗效率
2016/6/7
電子產品可靠性仿真 (ECAD數據直接讀取、跌落、熱、密封、斷裂等)
2016/6/14
ANSYS 17.0工作流程和求解器進展（HPC、CMS+RBD、梁、子模型技術等）
2016/6/16
最佳工程仿真前處理工具SpaceClaim
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展開 用Fluent進行電子器件散熱仿真分析，這些經驗不可不知
對于電子散熱仿真，必須按照流固耦合共軛換熱問題進行分析，因此流體區域和絕大多數的固體區域都建議劃分體網格。但對于塑料零件，則不建議對他們劃分體網格，合理的方法是選擇將他們（簡化后）從流體區域中直接刪除，原因如下：
① 塑料件本身不發熱；
② 塑料件導熱性能也很差，可以認為是絕熱；
③ 塑料件唯一可能的作用，就是在某些特殊的位置對流場產生影響。
所以在確認某些零件是塑料件（或其他導熱性能差的材料）時，可以放心的刪除掉他們，不需要劃分體網格，對應的流體邊界，則可以設置絕熱的壁面條件。
圖13 電子散熱問題中的塑料件
來源：仿真秀
