油液流動及冷卻分析
關(guān)注創(chuàng)建者：Ansys中國 創(chuàng)建時間：2023-05-10
油液流動及冷卻分析的視頻教程
HyperWorks CFD仿真案例：電池包冷卻分析
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你的CAE分析結(jié)果如何判讀？手把手教你讀懂冷卻階段模流分析結(jié)果
冷卻分析-溫度 冷卻分析-模具溫度差 冷卻分析-熱通量 冷卻分析-冷卻時間 冷卻分析-冷卻效率 冷卻分析-水管雷諾數(shù)&溫度 冷卻分析-冷卻水管壓力
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油液流動及冷卻分析的實(shí)例教程
Lead R&D Engineer
視頻鏈接：基于ISPH方法的油液流動和冷卻分析
技術(shù)校對：王強(qiáng)， Ansys高級應(yīng)用工程師；整理編輯：俞琴
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基于ISPH方法的油液流動和冷卻分析
技術(shù)校對：王強(qiáng)， Ansys高級應(yīng)用工程師；整理編輯：俞琴
02
成果掠影
近期，伊拉姆大學(xué)機(jī)械工程系 Sajjad Ahangar Zonouzi老師團(tuán)隊(duì)采用組合冷卻方法進(jìn)行鋰離子電池的熱管理。這種冷卻方法是通過纏繞在電池上的半螺旋管進(jìn)行流動沸騰冷卻和通過電池中的氣流進(jìn)行空氣冷卻的冷卻方法相結(jié)合的。使用控制體積技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，用于模擬流動沸騰區(qū)域的模型是歐拉-歐拉多相模型。研究結(jié)果表明，所提出的組合冷卻方法有助于更好的電池組熱管理。由于恒定溫度下的汽化潛熱，螺旋管內(nèi)發(fā)生流動沸騰有助于去除大量熱量，并且電池與沸騰流體接觸的部分的電池溫度幾乎保持恒定。沸騰流體質(zhì)量通量的增加和入口空氣速度降低了電池組內(nèi)電池的最高溫度。此外，通過減小沸騰流體的入口過冷度，降低了電池的溫度，并且電池組中不同排的電池之間的溫差受空氣入口速度的影響較小。研究成果以“Combination of flow boiling cooling by taking advantage of helical pipes and air cooling for thermal management of lithium-ion batteries”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
展開 另外，透過標(biāo)記工具中的標(biāo)記軟管，可將該彎管線條標(biāo)注為軟管水路，完成后該線段會以加粗的綠色軟管顯示
最后藉冷卻水路回路精靈協(xié)助，整理其他不同群組的水路回路，生成個別的水路曲線，并自動編入水路中的各組別，成為完整的模具冷卻水路群，方便使用者后續(xù)管理及進(jìn)行分析。
在冷卻進(jìn)階設(shè)定精靈中，設(shè)定控制點(diǎn)為2，控制點(diǎn)1-1的時間為充填與保壓時間的總和(0.47+5=5.47)，控制點(diǎn)1-2的時間設(shè)定為1-1的時間再加上冷卻時間 (5.47+20=25.47)。將第一個與第三個時間點(diǎn)(0與25.47秒)的溫度增加 (150℃) 并調(diào)整冷卻液(油)，其余保持不變，單擊確認(rèn)、完成結(jié)束加工條件設(shè)定步驟。
冷卻計(jì)算參數(shù)
單擊主頁簽中的計(jì)算參數(shù)開啟精靈，彈出窗口選擇僅重置不一致設(shè)定，將光標(biāo)移至流動/保壓頁簽里輸出檔案次數(shù)中的充填結(jié)果右側(cè)并單擊編輯。在數(shù)據(jù)編輯中，調(diào)整充填分析與保壓分析的數(shù)值(5)后單擊確認(rèn)鍵。接著換到冷卻頁簽并單擊輸出檔案次數(shù)右側(cè)的編輯(將游標(biāo)移至該處)。在數(shù)據(jù)編輯中修改冷卻結(jié)果與開模的數(shù)值(20與5)后單擊確認(rèn)鍵。單擊下方計(jì)算參數(shù)右側(cè)的編輯，調(diào)整數(shù)據(jù)編輯中的計(jì)算參數(shù)(最大周期=10，溫度允許誤差為模座內(nèi)部最大變異溫度并依據(jù)溫度0.1℃)，接著單擊確認(rèn)鍵離開數(shù)據(jù)編輯。冷卻計(jì)算參數(shù)已設(shè)定完成，單擊確認(rèn)鍵關(guān)閉計(jì)算參數(shù)設(shè)定。
3. 開始分析瞬時模擬 (Run Transient Simulation)
提交分析作業(yè)
在主頁簽當(dāng)中的分析順序下拉式選單里點(diǎn)選瞬時分析 1 –Ct 后點(diǎn)選開始分析即可提交計(jì)算任務(wù)。當(dāng)計(jì)算管理器顯示分析任務(wù)完成后，即可在項(xiàng)目樹形圖中檢視冷卻結(jié)果。
溫度歷程曲線
點(diǎn)選結(jié)果頁簽中的歷程開啟歷程曲線精靈。選取現(xiàn)在的組別(組別3)，將成型階段選為冷卻，數(shù)據(jù)調(diào)整為成型特性。并點(diǎn)選模穴表面平均溫度將其加入繪圖內(nèi)容。接著顯示窗口便會繪出繪圖，由繪圖可以看出模穴表面溫度隨著每一個成型周期(充填、保壓、冷卻、開模)以及迭代改變與增加。
注意：此處可以點(diǎn)選XY圖右上角的設(shè)定改變顯示的設(shè)定或雙擊色桿圖示修改圖例。
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油液流動及冷卻分析的最新內(nèi)容
在射出成型領(lǐng)域中，冷卻系統(tǒng)至關(guān)重要。塑件必須冷卻固化至特定溫度，脫模頂出時才能具備足夠的剛性，以避免塑件因外力產(chǎn)生變形，并可保持尺寸穩(wěn)定性。此外，冷卻時間占整個成型周期70%-80%的時間，因此良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮減成型周期、提升產(chǎn)能。
然而對許多大型產(chǎn)品的模具而言，水路數(shù)量多且復(fù)雜，這導(dǎo)致在分析之前，須耗費(fèi)大量時間整理模具中各群水路的進(jìn)出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理
概述：
風(fēng)冷式發(fā)動機(jī)在摩托車和航空飛行器中較為常見。它通過空氣循環(huán)的方式將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散失。金屬散熱片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增大了發(fā)動機(jī)的表面積，從而通過對流方式提升了散熱速率。本案例利用模擬技術(shù)比較了三種不同設(shè)計(jì)在散熱效率方面的差異。這有助于加深對瞬態(tài)熱分析、邊界條件(瞬態(tài)熱分析中的重要因素)以及瞬態(tài)熱分析如何幫助我們做出工程決策的理解。
目標(biāo)：
增強(qiáng)對瞬態(tài)熱分析的理解
在實(shí)務(wù)上，為了能完整的重現(xiàn)射出成型結(jié)果，我們建議使用Moldex3D進(jìn)行完整的成型分析，以利于掌握所有細(xì)節(jié)。不過在投入時間進(jìn)行建模與分析前，過去科學(xué)家們已經(jīng)利用各項(xiàng)理論計(jì)算出：特定情況下的理論數(shù)值，并將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式。例如計(jì)算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計(jì)算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進(jìn)行理論計(jì)算
在實(shí)務(wù)上，為了能完整的重現(xiàn)射出成型結(jié)果，我們建議使用Moldex3D進(jìn)行完整的成型分析，以利于掌握所有細(xì)節(jié)。不過在投入時間進(jìn)行建模與分析前，過去科學(xué)家們已經(jīng)利用各項(xiàng)理論計(jì)算出：特定情況下的理論數(shù)值，并將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式。例如計(jì)算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計(jì)算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進(jìn)行理論計(jì)算
使用電子灌封的益處
使用聚氨酯(PU)、硅膠、環(huán)氧樹脂進(jìn)行電子灌封具有以下這些優(yōu)勢：
? 絕緣性能：聚氨酯(PU)、硅膠和環(huán)氧樹脂具有有效的絕緣性能，保護(hù)電子組件不受潮濕、灰塵和其他環(huán)境因素影響，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。
? 保護(hù)組件：電動車和行動裝置，尤其是高功率組件，通常會受到機(jī)械震動或沖擊的影響。因此會針對這些材料提供額外的防護(hù)，降低損壞風(fēng)險。
? 耐高溫性：灌封材料通常具有出色的耐高溫性
某冷卻塔中噴淋與煙氣混合流場分析9個月前
1、 模擬對象及內(nèi)容
本次模擬對象為某冷卻塔中運(yùn)行時，6把噴槍噴出的冷卻水與煙氣在塔內(nèi)的混合狀況，根據(jù)模擬結(jié)果對本設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造，使得煙氣與冷卻水液滴在塔內(nèi)的均勻混合，確保本冷卻塔性能。
圖1 三維模型
圖中i1~i4分別為進(jìn)口變徑下方1000mm、3000mm、5000mm和7000mm處的監(jiān)測面。
計(jì)算參數(shù)如下：冷卻塔進(jìn)口管道風(fēng)速為12.54m/s，溫度為230
冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響熔膠固化過程及塑料產(chǎn)品翹曲變形，并且冷卻時間占總周期時間70%-80%。因此，一個良好的冷卻系統(tǒng)，可以大幅縮短塑件成型時間，幫助增加生產(chǎn)效率及成品質(zhì)量。更進(jìn)一步來說，良好冷卻系統(tǒng)提供了均勻冷卻環(huán)境，能夠讓幫助塑件均勻收縮，減少翹曲溫度，并能確保熔膠能夠順利充滿模穴之中。
冷卻系統(tǒng)圖解
透過冷卻系統(tǒng)機(jī)制，塑件熱量持續(xù)地被冷卻液及空氣帶走，直到塑件溫度低于頂出溫度，就能讓塑件頂出
在射出成型的過程中，將塑料填入模穴中是首要的關(guān)鍵步驟?；旧?，這是一個與流動波前有關(guān)的三維瞬時問題，非牛頓流體流動及許多參數(shù)如熱傳導(dǎo)的問題都牽涉于其中。一般來說，若是設(shè)計(jì)未臻完美或是用了不適當(dāng)?shù)牟牧匣蛑瞥虠l件，都造成產(chǎn)品經(jīng)充填的過程中出現(xiàn)許多缺陷。
充填程序之示意圖
正常來說，充填過程中的熔膠都傾向往有最小阻力的區(qū)域前進(jìn)。若熔融的高分子在模穴中某個區(qū)域行進(jìn)的特別快，就表示此處對熔膠有著較低的阻力
1、 模型簡介及計(jì)算參數(shù)
本次模擬對象為微硅粉沉降室，微硅粉粒子的沉降效率，進(jìn)口管道和沉降室內(nèi)冷氣及冷卻水液滴的混合分布狀態(tài)，三維模型見圖1。
沉降室設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）沉降室尺寸長度（L）與高度（H）：
u: 氣流水平速度（通常0.3~1 m/s，防湍流）。確保顆粒在沉降室內(nèi)有足夠時間沉降：
(2) 氣流分布進(jìn)口設(shè)計(jì)：采用漸擴(kuò)管（擴(kuò)張角≤15
為什么使用模具溫度加熱冷卻成型技術(shù)?
模具設(shè)計(jì)者和開發(fā)者在高分子射出成型加工制程上，經(jīng)常遭遇結(jié)合線、流紋、凹痕等缺陷，或是加纖塑料件的表面浮纖等成型問題。一般來說，這些問題可藉由提高模具溫度獲得改善，然而，提高模具溫度會導(dǎo)致成型周期時間延長。因此，業(yè)界開始應(yīng)用一項(xiàng)新的成型加工技術(shù)-快速模具溫度加熱冷卻成型技(Variotherm)，藉由模具溫度的快速切換，換取制程不同階段所需的溫度?？焖倌＞邷囟燃訜崂鋮s成型技術(shù)在充填階段迅速提高模具表面溫度
