油液流動及冷卻分析的案例
基于ISPH方法的油液流動和冷卻分析
Lead R&D Engineer
視頻鏈接：基于ISPH方法的油液流動和冷卻分析
技術校對：王強， Ansys高級應用工程師；整理編輯：俞琴
油液流動及冷卻分析——了解LS-DYNA中的顯式SPH求解功能
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基于ISPH方法的油液流動和冷卻分析
技術校對：王強， Ansys高級應用工程師；整理編輯：俞琴
螺旋管流動沸騰冷卻與空氣冷卻相結合的鋰離子電池熱管理
02
成果掠影
近期，伊拉姆大學機械工程系 Sajjad Ahangar Zonouzi老師團隊采用組合冷卻方法進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行流動沸騰冷卻和通過電池中的氣流進行空氣冷卻的冷卻方法相結合的。使用控制體積技術進行數值模擬，用于模擬流動沸騰區域的模型是歐拉-歐拉多相模型。研究結果表明，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，螺旋管內發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。沸騰流體質量通量的增加和入口空氣速度降低了電池組內電池的最高溫度。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”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 Moldex3D仿真分析之運用冷卻水路回路精靈有效建構模具冷卻系統
另外，透過標記工具中的標記軟管，可將該彎管線條標注為軟管水路，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，方便使用者后續管理及進行分析。
Moldex3D模流分析之暫態冷卻分析
在冷卻進階設定精靈中，設定控制點為2，控制點1-1的時間為充填與保壓時間的總和(0.47+5=5.47)，控制點1-2的時間設定為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(0與25.47秒)的溫度增加 (150℃) 并調整冷卻液(油)，其余保持不變，單擊確認、完成結束加工條件設定步驟。
冷卻計算參數
單擊主頁簽中的計算參數開啟精靈，彈出窗口選擇僅重置不一致設定，將光標移至流動/保壓頁簽里輸出檔案次數中的充填結果右側并單擊編輯。在數據編輯中，調整充填分析與保壓分析的數值(5)后單擊確認鍵。接著換到冷卻頁簽并單擊輸出檔案次數右側的編輯(將游標移至該處)。在數據編輯中修改冷卻結果與開模的數值(20與5)后單擊確認鍵。單擊下方計算參數右側的編輯，調整數據編輯中的計算參數(最大周期=10，溫度允許誤差為模座內部最大變異溫度并依據溫度0.1℃)，接著單擊確認鍵離開數據編輯。冷卻計算參數已設定完成，單擊確認鍵關閉計算參數設定。
3. 開始分析瞬時模擬 (Run Transient Simulation)
提交分析作業
在主頁簽當中的分析順序下拉式選單里點選瞬時分析 1 –Ct 后點選開始分析即可提交計算任務。當計算管理器顯示分析任務完成后，即可在項目樹形圖中檢視冷卻結果。
溫度歷程曲線
點選結果頁簽中的歷程開啟歷程曲線精靈。選取現在的組別(組別3)，將成型階段選為冷卻，數據調整為成型特性。并點選模穴表面平均溫度將其加入繪圖內容。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：此處可以點選XY圖右上角的設定改變顯示的設定或雙擊色桿圖示修改圖例。
展開 Moldex3D模流分析之SYNC for SOLIDWORKS的冷卻分析
當塑件冷卻到頂出階段時，其溫度應低于材料熱變形的溫度 (deflection temperature)，如此才可以避免變形的發生，否則，有可能因為脫模時的外力而發生殘留應力的釋放，或翹曲變形等嚴重的問題。冷卻過程無論是周期平均(cycle-average)方法或是全瞬時冷卻(full transient cool)都非常復雜，使用 Moldex3D 的冷卻分析來模擬這個過程可以幫助了解和解決相關問題。
1. 冷卻功能導覽 (Cool Function Overview)
?Solid模型冷卻分析的基本功能 (Basic Functions for Cool Analysis of Solid Model )
Solid模型冷卻分析的基本功能如下：
-能力: 解決冷卻相關問題，例如：
?冷卻時間(Cooling time)
?溫度(Temperature)
?密度(Density)
?熱通量(Heat flux)
?總散熱量(Heat Load)
?冷卻效率(Cooling efficiency)
?熔融區域(Melting core)
?瞬時模溫行為(Transient mold temperature behavior)
-分析結果(Result analysis): 分析結果可以藉由控制顯示設置工具欄(Display Toolbar)在展示窗口(Display Windows)上查看流域分布圖標，或是顯示XY圖( XY Curve)。
2. 全瞬時冷卻分析 (Fully Transient Cool Analysis)
如前所述，當傳統的冷卻系統不再只有冷卻功能時，周期平均(cycle-average)方法則不再適用。
展開 Moldex3D模流分析之流動分析Flow
流動分析 Flow
Moldex3D Flow(流動分析)可仿真實體熔膠在流動過程中巨觀及微觀的特性，如噴泉流、慣性效應、重力效應等。Moldex3D Flow的強大性能可幫助用戶了解并可視化熔膠流動過程，精確定位縫合線位置，并檢測短射、包封等潛在缺陷，進而評估優化產品、模具設計與制程條件。
功能
? 預測3D噴泉流現象，慣性現象，剪切生熱效應等等
? 預測縫合線/包封位置，除去或最小化此流動問題
? 預測射出壓力及評估鎖模力之需求
? 評估流道配置設計及類型，以達成流道平衡
? 優化澆口位置與大小，避免產生縫合線并達到充填平衡
? 優化充填階段的加工條件，如射出時間、熔膠溫度、螺桿速度數據…等等
? 支持模擬多穴模具(Multi-mold)或成套制品模具(Family-mold)的充填過程
? 支持模擬多材質射出成型(Multi-component Molding)，包含嵌入射出(Insert Molding)及多射依序射出成型(Multi-shot Sequential Molding)等。
展開 Moldex3D模流分析之SYNC for SOLIDWORKS的流動分析
流動 (Flow)
射出成型的充填流動分析主要為模擬塑料熔膠被壓力推進到模穴的過程。壓力迫使熔膠流動并填充模腔。通常，壓力最高之處是在注入口；隨著距離澆口越遠，壓力隨之減小。同時，最低的壓力出現在向前移動的熔膠流動波前。壓力差是推動熔融的熱塑性塑料的主要動力。一般情況下，填充過程傾向于以最小的阻力流向空腔區域。在空腔區域熔融塑料以較快速度前進表示該區域對流動的阻力較??；同樣地，若流動波前緩慢的前進，則等值線將比較密集，代表該區域有較大的阻力。前述情況可見于下圖：
聚合物材料通過不同厚度區域的流動行為
不同情況下射出成型的澆口現象
為了要捕捉這樣的行為，模擬是了解這些行為最適當的方式。 流動分析能夠解決與填充相關的問題，如短射 (不完全填充)、縫合線、包封、流動問題、表面燒焦劣化，流道/流動平衡，及澆口設計等問題；因此，本模塊可以在概念或產品設計時間使用。此外，塑件或模具設計師可以用計算機仿真測試可能的設計而縮短交付設計所需的時間。充填分析也可用于評估材料的加工性能 (Processing properties) 和作為材料選擇的參考。成型條件和網格敏感度也可以透過流動分析進行評估。
1. 流動功能導覽 (Flow Function Overview)
[終止流動計算條件選項] (Criterion for stopping calculation) 可用 [充填百分比] (Fill percentage) 或 [不填充元素個數] (Unfilled element count) 定義。如果選取 [充填百分比] (Fill percentage)，停止計算的預設條件值 為 99.95%， 表示 99.95% 的整個模穴體積已填滿。
展開 MoldFlow分析結果講習--冷卻分析結果解釋
冷卻液雷諾數（Circuit Reynolds number）
這是回路中某一單元中冷卻液的雷諾數。雷諾數是用來表征流體流動狀態的一個純數。流動狀態為湍流時傳熱效率高。當雷諾數大于2200時，流體開始處于過渡流狀態，大于4000時處于湍流狀態。冷卻分析時的缺省值是10,000。與流動速率一樣，當各條管道流動速率不一致或采用并聯管道時，這個結果很有用。
冷卻液溫度（Circuit Coolant Temperature ）
這個結果顯示了冷卻液流經冷卻管道時的溫度變化。一般情況下，冷卻液溫度的升高不要超過3oC。
管道表面金屬溫度（Circuit Metal Temperature）
這個結果顯示了冷卻管道表面。即冷卻液和金屬的界面的溫度。這個溫度應該不能比冷卻液溫度高5oC以上。通過這個結果我們可以看到回路中熱量傳遞最高的部位。如果這個溫度太高，則表明該部位需要加強冷卻.
展開 2012阿毅結構分析講座-銅線的冷卻分析
1.1
建立仿真用模型：
在SolidWorks中，繪制一段直徑為1mm，長度為5mm的銅線，并定義材質，模型作了一定的簡化，在仿真時需要進行處理；
1.2
進行熱分析模擬設置：
新建算例：命名并選擇熱力分析
在算例名字上點右鍵，屬性，設置求解類型為瞬態、總時間為10S；
設置初始溫度：
為180攝氏度：
在熱載荷上點右鍵，然后選擇溫度，設定整個零件的溫度為180攝氏度
設置對流：
在熱載荷上點右鍵，對流，彈出的對話框中，選擇圓柱面（不要選擇2端面）設置對流系數為100（強風冷卻），設置環境溫度為303Kevin（注意單位為Kevin，實際為30攝氏度）
1.3
進行求解：
在算例上點右鍵，運行；
1.4
查看結果：
相比于專業的結構有限元軟件，使用SolidWorks Simulation可以非常方便的對簡單的熱問題進行處理，特別是使用SolidWorks進行設計時；
展開 NX模具冷卻分析
針對模具設計師的NX模具冷卻分析：
3
NX模具冷卻解決方案
流程：
設置幾何體—> 1D管道流體模擬 或 3D CFD模擬 —>后處理結果
? 適合模具設計者的用戶體驗
? 模擬注塑模具鑲件的熱性能
? 驗證常規和保形鑲件的冷卻通道
? 選擇一維管道流動和三維CFD模擬
? 自動網格和報告工具
4
冷卻柵管的熱分析及銅塊和鐵塊的水冷分析
冷卻柵管的熱分析和銅塊和鐵塊的水冷分析
冷卻柵管的熱分析和銅塊和鐵塊的水冷分析.part1.rar
冷卻柵管的熱分析和銅塊和鐵塊的水冷分析.part2.rar
Moldex3D模流分析之進階開模設定讓冷卻和翹曲分析更真實
在射出成型的制程中，產品的生產周期會經過充填、保壓、冷卻、開模與頂出等過程。而在冷卻結束后至開模的這段時間，產品會接觸公模側，母模側則會接觸空氣，導致產品的兩個表面熱傳導不對稱；此外產品在收縮過程中也會受到公模側的限制。
Moldex3D已可支持在開模時間內，考慮產品在頂出前后的冷卻溫度計算，并以此為基礎進一步計算翹曲變形，使模擬更貼近真實。以下說明操作步驟。
1. 在冷卻分析中考慮在開模期間至頂出前后的冷卻效應
步驟一：準備一個網格模型，將模座分為可動側與不可動側，并且設定其屬性為模板(可動側/不可動側)。
注：將此網格設定支持非匹配網格
步驟二：打開成型條件精靈。在冷卻設定中，設定開模后至頂出時間，且這個時間必須小于開模時間。
步驟三：開啟計算參數，在翹曲的頁簽中，翹曲的求解器必須選擇強化版 (讓翹曲模擬也考慮此影響)。
步驟四：在分析順序中，分析順序必須要使用瞬時分析3-Ct F P Ct W。
注：用戶可以藉由檢查冷卻的紀錄文件(*.lgc)，檢查此設定是否有正確被開啟。
2. 結果
在冷卻結果中，由于在公/母模側的接觸條件不同，使得公模側與的溫度與母模側的溫度差異較大。量測公/母模側之間的溫度并比較有/無考慮延遲頂出效應的差別，則會明顯看到有設定延遲頂出的組別，公/母模溫差異達到20.4 ；未考慮延遲頂出的組別，公/母模溫差則僅有2.8 。
翹曲同樣受到溫度差異的影響而有所改變，有/無考慮延遲頂出的兩個組別翹曲差異達到11.6%。
展開 Moldex3D模流分析之3D實體水路分析新增判斷冷卻效率指標
為了達到較佳的冷卻效率，一般希望冷卻水路中的冷媒形成紊流，而雷諾數(Reynolds number) 的大小為形成紊流的依據(以圓形水路為例，雷諾數到達4000以上則形成完整的紊流)。因此，雷諾數可做為判斷冷卻效率的重要依據。Moldex3D 支持顯示雷諾數在水路中的分布狀況，提供使用者一個判斷冷卻效率的指標。
步驟1：在新項目中匯入一個水路的3D實體網格模型，并輸入分析所需材料、成形及計算參數。
注：此例中為了突顯雷諾數的效應，系故意在成型參數中將兩條水路的設為不同的流率值。
步驟2：在計算參數 (Computation Parameter) 中的冷卻分析 (Cool) 選單中，勾選執行冷卻水路分析 (Cooling channel analysis by)，并選擇進行冷卻水管網絡分析 (Run cooling channel network analysis) 以啟動進階冷卻水路分析。完成后點選確認(OK)。
步驟3：將冷卻分析(cooling)或瞬時分析(transient analysis)加入到分析順序并執行開始分析(Run Now)。
步驟4：在完成冷卻分析后，在冷卻結果選單中點選冷卻水管雷諾數 (Coolant Channel Reynolds Number) 來觀看雷諾數的分布。如下圖所示，流率較高的水路中有較高的雷諾數也代表提供更好的冷卻效率。
冷卻水管雷諾數 冷卻效率 (各別水管)
展開 Moldex3D模流分析之冷卻系統圖解
? 模溫控制
模溫控制是透過冷卻液與模具之間熱量交換，藉由冷卻液流動強制使模具與冷卻液溫度相同，這熱傳現象可用以下數學式表示：
其中hf 為熱對流系數，Tw 為冷卻液與模座交界面溫度，Tc 為冷卻液溫度，Nu 為紐賽爾數 (Nusselt number) ，do 為濕周長 (Wetted perimeter)，k 為熱傳導系數。
假設冷卻液流動為完全開展流，并且水管管壁為光滑表面。所需之紐賽爾數，可利用迪特司-鮑爾特方程式 (Dittus –Boelter equation) 換算[1]。
Nu = 0.023Re4/5 Prn
其中加熱時 n=0.4，冷卻時n=0.3，Re 為雷諾數 (Reynolds number)，Pr 為普朗特數 (Prandtl number)。
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