三維仿真的案例
三維視景仿真環(huán)境下的船舶分油機(jī)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3 分油機(jī)三維仿真軟件設(shè)計(jì)
分油機(jī)模擬軟件開發(fā)應(yīng)用的工具有MATLAB、Visual Studio 2015、3dsMAX和Unity3D。數(shù)學(xué)建模工具為MATLAB，在MATLAB中建立分油機(jī)控制系統(tǒng)和管路的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，在驗(yàn)證正確性之后在Visual Studio 2015中應(yīng)用C#建立仿真系統(tǒng)的模型端。分油機(jī)三維仿真軟件的系統(tǒng)采用3dsMAX進(jìn)行三維建模，并在Unity3D中進(jìn)行系統(tǒng)合成與交互，形成基于Unity3D引擎的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，分油機(jī)三維虛擬仿真軟件系統(tǒng)框架如圖3所示。
圖3 分油機(jī)三維虛擬仿真系統(tǒng)框架
分油機(jī)三維虛擬仿真軟件系統(tǒng)主要包括了三維模型模塊和數(shù)學(xué)模型模塊。三維模型模塊由分油機(jī)三維場景數(shù)據(jù)庫、三維圖形渲染和三維圖形交互，三維場景數(shù)據(jù)庫主要用于存儲(chǔ)分油機(jī)、管路、控制箱等的三維模型與貼圖素材，三維圖形渲染采用Unity3D內(nèi)置的渲染引擎，對(duì)顯示效果進(jìn)行優(yōu)化，三維圖形交互是用于用戶與三維場景中的交互，實(shí)現(xiàn)漫游功能、碰撞檢測功能和三維拾取功能等。用戶通過鼠標(biāo)鍵盤等外部輸入設(shè)備，對(duì)分油機(jī)三維場景中的閥件、按鈕等進(jìn)行操作，這些操作通過通信協(xié)議傳輸?shù)綌?shù)學(xué)模型模塊中，數(shù)學(xué)模型模塊對(duì)這些操作進(jìn)行計(jì)算并做出響應(yīng)，輸出的響應(yīng)同時(shí)作用于三維虛擬軟件界面和半實(shí)物控制箱，這些輸出結(jié)果使得三維軟件和半實(shí)物控制柜的指示燈、儀表實(shí)現(xiàn)狀態(tài)更新，同樣用戶對(duì)實(shí)物控制柜的操作也是通過網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)綌?shù)學(xué)模型模塊，并在三維虛擬仿真軟件界面上實(shí)時(shí)更新顯示。圖4為分油機(jī)EPC－50三維仿真界面，圖5為船舶分油機(jī)間三維仿真界面。
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3 分油機(jī)三維仿真軟件設(shè)計(jì)
分油機(jī)模擬軟件開發(fā)應(yīng)用的工具有MATLAB、Visual Studio 2015、3dsMAX和Unity3D。數(shù)學(xué)建模工具為MATLAB，在MATLAB中建立分油機(jī)控制系統(tǒng)和管路的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，在驗(yàn)證正確性之后在Visual Studio 2015中應(yīng)用C#建立仿真系統(tǒng)的模型端。分油機(jī)三維仿真軟件的系統(tǒng)采用3dsMAX進(jìn)行三維建模，并在Unity3D中進(jìn)行系統(tǒng)合成與交互，形成基于Unity3D引擎的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，分油機(jī)三維虛擬仿真軟件系統(tǒng)框架如圖3所示。
圖3 分油機(jī)三維虛擬仿真系統(tǒng)框架
分油機(jī)三維虛擬仿真軟件系統(tǒng)主要包括了三維模型模塊和數(shù)學(xué)模型模塊。三維模型模塊由分油機(jī)三維場景數(shù)據(jù)庫、三維圖形渲染和三維圖形交互，三維場景數(shù)據(jù)庫主要用于存儲(chǔ)分油機(jī)、管路、控制箱等的三維模型與貼圖素材，三維圖形渲染采用Unity3D內(nèi)置的渲染引擎，對(duì)顯示效果進(jìn)行優(yōu)化，三維圖形交互是用于用戶與三維場景中的交互，實(shí)現(xiàn)漫游功能、碰撞檢測功能和三維拾取功能等。用戶通過鼠標(biāo)鍵盤等外部輸入設(shè)備，對(duì)分油機(jī)三維場景中的閥件、按鈕等進(jìn)行操作，這些操作通過通信協(xié)議傳輸?shù)綌?shù)學(xué)模型模塊中，數(shù)學(xué)模型模塊對(duì)這些操作進(jìn)行計(jì)算并做出響應(yīng)，輸出的響應(yīng)同時(shí)作用于三維虛擬軟件界面和半實(shí)物控制箱，這些輸出結(jié)果使得三維軟件和半實(shí)物控制柜的指示燈、儀表實(shí)現(xiàn)狀態(tài)更新，同樣用戶對(duì)實(shí)物控制柜的操作也是通過網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)綌?shù)學(xué)模型模塊，并在三維虛擬仿真軟件界面上實(shí)時(shí)更新顯示。圖4為分油機(jī)EPC－50三維仿真界面，圖5為船舶分油機(jī)間三維仿真界面。
展開 兩機(jī)仿真丨624所：整機(jī)全三維仿真技術(shù)加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)
圖4為一型發(fā)動(dòng)機(jī)全加力狀態(tài)下整機(jī)全三維仿真結(jié)果，通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明，加力燃燒室出口溫度評(píng)估精度得到大幅提高，并準(zhǔn)確獲取了發(fā)動(dòng)機(jī)最大狀態(tài)下的性能參數(shù)。
圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)全加力狀態(tài)高精度氣動(dòng)與燃燒耦合仿真
發(fā)動(dòng)機(jī)主流與空氣系統(tǒng)次流耦合仿真
為了認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)主流路、容腔流路和盤腔流路相互干擾作用下的內(nèi)部流動(dòng)特征，精準(zhǔn)評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)軸向力、空氣系統(tǒng)流路詳細(xì)分配，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)全三維仿真精度，需開展考慮主次流影響的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)全三維仿真研究[4]。考慮到整機(jī)主次流全三維模型復(fù)雜、網(wǎng)格量大、計(jì)算時(shí)間長等問題，為減小技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，采用由簡到繁、由易到難的研究方法。首先開展了考慮主次流影響的風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪等單部件仿真技術(shù)研究，獲取單部件主次流耦合流動(dòng)規(guī)律及仿真方法，隨后將各部件網(wǎng)格模型進(jìn)行組裝并通過賦值初場方式進(jìn)行計(jì)算求解，獲得了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)全三維主次流耦合仿真結(jié)果。通過與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，考慮了主次流耦合的整機(jī)全三維仿真結(jié)果精度更高，同時(shí)還可以精準(zhǔn)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力與整機(jī)空氣系統(tǒng)流量分配，軸向力評(píng)估精度高達(dá)5%，空氣流量分配精度為2%，這為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)提供了良好的數(shù)據(jù)支撐作用。
整機(jī)仿真精度驗(yàn)證
為驗(yàn)證整機(jī)仿真精度，提高整機(jī)仿真方法的工程適用性，開展了基于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及分析工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整機(jī)全三維仿真方法的校核與精度的驗(yàn)證，發(fā)展一套高精度的整機(jī)性能預(yù)測方法。
展開 汽車CFD仿真中的一維與三維，哪個(gè)更有意思，哪個(gè)更牛逼？
對(duì)于汽車行業(yè)的CFDer來說，一維仿真與三維仿真是我們工作中經(jīng)常用到的仿真方法。也許很多人會(huì)困惑，什么是一維仿真，什么是三維仿真？為什么要CFD仿真要分成一維和三維，他們各有什么特點(diǎn)？對(duì)于菜鳥入門來說哪個(gè)更好？實(shí)際研發(fā)中哪個(gè)作用更大？本周我們就來聊聊CFD的一維與三維仿真。
首先解釋下什么是一維與三維的CFD仿真。一維仿真，代表變量只沿著一個(gè)空間方向變化，而在與這個(gè)方向垂直的面上均認(rèn)為相等。三維仿真，則是變量在空間三個(gè)方向上都會(huì)發(fā)生變化。以一根直管道為例，認(rèn)為管道每個(gè)橫截面上流速均相等，只考慮流速隨管道長度方向的變化就是一維仿真，同時(shí)考慮流速隨長度方向以及橫截面上各個(gè)半徑方向都發(fā)生變化，則是三維仿真。
從現(xiàn)在比較流行的V模型開發(fā)流程中可以比較容易看出一維與三維CFD仿真之間的關(guān)系。 在V流程左邊是虛擬開發(fā)階段，V流程右邊是試驗(yàn)驗(yàn)證階段，而一維和三維仿真則主要是在虛擬開發(fā)階段發(fā)揮作用。一維仿真側(cè)重于系統(tǒng)級(jí)分析，對(duì)應(yīng)于V流程中的整車級(jí)分析，系統(tǒng)以及子系統(tǒng)分析，重點(diǎn)在于性能分析，進(jìn)行關(guān)鍵零部件的選型與匹配，在項(xiàng)目前期，將整車目標(biāo)分解至各個(gè)零部件，對(duì)關(guān)鍵零部件提出具體的性能要求。而三維仿真則側(cè)重于零部件級(jí)別詳細(xì)的開發(fā)，側(cè)重于流場詳細(xì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
上面講起來有些抽象，舉幾個(gè)比較實(shí)際的例子吧。
（1）整車?yán)鋮s系統(tǒng)仿真。一維仿真側(cè)重于冷卻系統(tǒng)各個(gè)部件之間的匹配，會(huì)在一維模型中搭建冷卻系統(tǒng)回路的各個(gè)部件模型，分析散熱器的散熱能力是否滿足要求，格柵風(fēng)量是否足夠，冷卻風(fēng)扇是否匹配，冷卻水泵是否滿足要求，最終關(guān)注冷卻水溫是否滿足開發(fā)要求，若不滿足要求，則從系統(tǒng)層面提供優(yōu)化方案。另外也可以對(duì)冷卻系統(tǒng)的控制策略提供一些優(yōu)化意見，比如風(fēng)扇和水泵的控制等等。
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整機(jī)全三維仿真技術(shù)加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)
整機(jī)全三維仿真技術(shù)作為加快航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的數(shù)字引擎，可在虛擬數(shù)字空間實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)全三維性能高精度快速預(yù)測，解決發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)匹配問題，縮短研發(fā)周期、降低研制風(fēng)險(xiǎn)和成本，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)到預(yù)測設(shè)計(jì)的模式轉(zhuǎn)變，加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)進(jìn)程。
圖1 項(xiàng)目研究方案
傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制采用的是“設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證、修改設(shè)計(jì)、再試驗(yàn)”反復(fù)迭代的串行研制模式，特別是整機(jī)性能更是需要通過大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，這將導(dǎo)致驗(yàn)證周期長、試驗(yàn)成本和風(fēng)險(xiǎn)高，無法滿足當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速研制的需求[1,2]。目前，整機(jī)性能評(píng)估方法主要停留在一維階段，各個(gè)部件之間的參數(shù)傳遞精度、維度都比較低，極大地影響了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能參數(shù)的準(zhǔn)確評(píng)估[3]。隨著計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)全三維仿真已經(jīng)成為可能，該技術(shù)可預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)條件下的整機(jī)性能、預(yù)估部件之間匹配工作狀態(tài)、指導(dǎo)部件之間一體化設(shè)計(jì)、為部件設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。同時(shí)，整機(jī)仿真工作有助于促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)研發(fā)從一維向三維設(shè)計(jì)發(fā)展，極大地提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)精度和水平，進(jìn)一步完善航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)體系。
研究方案
為快速形成整機(jī)全三維仿真能力，加快推進(jìn)整機(jī)仿真技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)工程研制中的轉(zhuǎn)化運(yùn)用，急需做到提高仿真精度和加快仿真進(jìn)度。為此，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)按照航空發(fā)動(dòng)機(jī)正向研發(fā)的思路，提出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)CFD仿真方法研究方案，如圖1所示。一方面，為提高整機(jī)仿真精度，通過開展整機(jī)復(fù)雜模型建模方法、網(wǎng)格生成技術(shù)、高精度求解算法等方法研究，形成一套適合工程使用的整機(jī)仿真方法與工具；另一方面，為加快仿真進(jìn)度、縮短整機(jī)仿真周期，開發(fā)了一套標(biāo)準(zhǔn)化的整機(jī)仿真平臺(tái)，優(yōu)化仿真流程、集成核心算法、固化仿真經(jīng)驗(yàn)，最終建立整機(jī)全三維仿真設(shè)計(jì)體系，以支持航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速研制。
展開 某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)的一維及三維聯(lián)合仿真
摘 要：為提高整車熱管理系統(tǒng)的仿真效率和精度，文章以某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)為例，采用一維及三維聯(lián)合仿真的方式，利用三維仿真獲取空氣側(cè)支路的各項(xiàng)性能參數(shù)，后導(dǎo)入一維軟件中進(jìn)行計(jì)算，評(píng)估電驅(qū)冷卻支路所需的最低流量。最終確定在使用現(xiàn)有風(fēng)扇和散熱器的情況下，電驅(qū)路流量至少需達(dá)到16 L/min才能滿足冷卻系統(tǒng)≤100℃的要求。
關(guān)鍵詞：熱管理;電驅(qū)冷卻;聯(lián)合仿真;
隨著混合動(dòng)力技術(shù)的快速發(fā)展，行業(yè)和客戶對(duì)整車熱管理系統(tǒng)的要求也越來越高。目前行業(yè)內(nèi)主要還是依靠試驗(yàn)的方式來進(jìn)行性能確認(rèn)和控制策略標(biāo)定，這種方式成本高、周期長，大大影響了產(chǎn)品開發(fā)的速度。傳統(tǒng)的三維仿真雖然能對(duì)局部熱管理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算預(yù)測，但是針對(duì)多系統(tǒng)耦合的發(fā)艙熱管理存在計(jì)算效率偏低的問題。
本文以某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)為例[1]，采用一維及三維聯(lián)合仿真的方式，在僅有風(fēng)扇及散熱器數(shù)模的情況下，首先通過三維仿真算出一維所需的零部件性能曲線，后在一維軟件中通過多次調(diào)整流量邊界，最終確定該系統(tǒng)流量達(dá)到16 L/min才能滿足冷卻系統(tǒng)≤100℃的要求。
1 風(fēng)扇性能求解
1.1 計(jì)算目的
對(duì)風(fēng)扇流場進(jìn)行求解的目的是獲取風(fēng)扇的靜壓-流量曲線，該曲線為FloMASTER中風(fēng)扇元件設(shè)置的必要性能曲線，表示空氣通過風(fēng)扇后壓力的升高值與通過風(fēng)扇的流量之間的關(guān)系。因此，在僅有風(fēng)扇數(shù)模的情況下，可以通過三維仿真軟件PumpLinx計(jì)算風(fēng)扇的靜壓及流量數(shù)據(jù)，將其作為數(shù)據(jù)輸入，聯(lián)合一維仿真軟件進(jìn)行空氣側(cè)系統(tǒng)的整體求解。
1.2 計(jì)算邊界及模型
空氣域和轉(zhuǎn)子域的計(jì)算邊界如表1所示。其中空氣域?yàn)槿~輪交界面與殼體圍成的氣體域，轉(zhuǎn)子域?yàn)槿~輪交界面與葉輪圍成的旋轉(zhuǎn)氣體域。
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)三維氣動(dòng)仿真研究進(jìn)展
現(xiàn)有的整機(jī)全三維仿真技術(shù)各有其優(yōu)劣勢，后續(xù)的技術(shù)發(fā)展需要在仿真資源、精度和技術(shù)難度等方面統(tǒng)籌考慮。
在部件設(shè)計(jì)完成后，雖然通過了部件級(jí)的仿真驗(yàn)證，但仍須進(jìn)行大量部件級(jí)和整機(jī)性能試驗(yàn)，以確保單個(gè)部件及整機(jī)的性能滿足一維設(shè)計(jì)要求。這種部件級(jí)和整機(jī)試驗(yàn)周期長、費(fèi)用高，若測試得到的性能不滿足設(shè)計(jì)要求，須重新進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程反復(fù)拖延進(jìn)度，迫切需要發(fā)展整機(jī)三維氣動(dòng)仿真技術(shù)。
整機(jī)全三維仿真技術(shù)概況
計(jì)算流體力學(xué)（CFD）發(fā)展至今，在數(shù)值算法、模型和仿真工具等方面均取得了重大突破，加之高性能計(jì)算的普及應(yīng)用，使得對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)進(jìn)行三維氣動(dòng)仿真成為可能。通過整機(jī)仿真可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)精度和水平，大幅縮短設(shè)計(jì)周期，具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。
第一，模擬整機(jī)在復(fù)雜環(huán)境或極端條件下的性能。通過整機(jī)全三維仿真，可以了解整機(jī)匹配下發(fā)動(dòng)機(jī)的流場細(xì)節(jié)，如發(fā)動(dòng)機(jī)各種間隙流動(dòng)情況、部件間匹配情況、冷卻空氣的分配情況等，也可以驗(yàn)證當(dāng)某個(gè)部件部分缺失、超溫或超速情況下的整機(jī)全三維性能，以及發(fā)動(dòng)機(jī)在高空低雷諾數(shù)的整機(jī)全三維性能。
第二，輔助整機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，部分替代試驗(yàn)。整機(jī)仿真的結(jié)果可以指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)的探針布局，以便提高測試效率及有效性、降低整機(jī)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，縮短整機(jī)試驗(yàn)周期。
展開 整車熱管理的一維與三維耦合仿真
同時(shí)建立了三維整車熱管理數(shù)值模型和發(fā)動(dòng)機(jī)及其冷卻系統(tǒng)的一維數(shù)值模型。發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場及其換熱特性三維仿真獲得的對(duì)流換熱系數(shù)和換熱量,可用來在發(fā)動(dòng)機(jī)及其冷卻系統(tǒng)的一維仿真中算出冷卻系各部件的溫度;這些又可作為三維仿真的邊界條件,去更新發(fā)動(dòng)機(jī)艙的熱流特性。如此反復(fù)迭代直至收斂。這樣的一維和三維耦合仿真分析,為樣機(jī)制造前整車熱管理的仿真提供了一種有效的方法
整車熱管理的一維與三維耦合仿真.pdf
電池?zé)峁芾?em>仿真（三）：三維仿真邊界條件和算法
若三維瞬態(tài)工況計(jì)算中再考慮溫度對(duì)流體粘度，密度，比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，這需要將時(shí)間子步長拉的很長，會(huì)帶來非常大的計(jì)算量，是一種不太可取的計(jì)算方法。所以比較普遍的是采用“離散”算法，先將流場算穩(wěn)定，然后關(guān)閉流場的動(dòng)能方程與湍流方程，只加載能量方程，并施加電池發(fā)熱量進(jìn)行瞬態(tài)工況計(jì)算。
采用這樣的算法是根據(jù)三維熱仿真與電池發(fā)熱工況的特征來制定的，忽略了溫度對(duì)換熱介質(zhì)屬性的影響，是一種可取的近似算法。
圖6：Star-ccm+穩(wěn)態(tài)變瞬態(tài)的設(shè)置
文末福利，關(guān)注公眾號(hào)：新能源汽車熱管理仿真技術(shù)，回復(fù)1，領(lǐng)取新能源熱管理資料。同時(shí)本人也在技術(shù)鄰平臺(tái)更新新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾?em>仿真和設(shè)計(jì)課程如下：如需購買可添加VX：fxy33186375領(lǐng)取優(yōu)惠券。
1、 基于starccm+在動(dòng)力電池?zé)峁芾?em>仿真技術(shù)應(yīng)用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進(jìn)階20講
3、新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)入門到進(jìn)階23講
4、 Hypermesh網(wǎng)格劃分-精講進(jìn)階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎(chǔ)入門到精通50講
展開 COMSOL進(jìn)階課程：換熱器三維仿真
COMSOL進(jìn)階課程：換熱器三維仿真 COMSOL Masterclass: 3D simulation of a heat exchanger 發(fā)布年份：2026 課程時(shí)長：1小時(shí) 文件大小：579.6MB 語言：英文 課程內(nèi)容 本課程從零開始搭建管殼式換熱器完整三維仿真模型，
仿真案例｜三維電磁仿真的整合封裝和PCB電路板仿真
翻譯：上海安世亞太
前言
多年來，設(shè)計(jì)人員一直在仿真中考慮封裝寄生效應(yīng)package parasitics 的影響，從使用簡單的一階模型（如理想電感+電阻）到更復(fù)雜的spice梯形網(wǎng)絡(luò)，最后到使用三維電磁仿真器充分提取封裝的s參數(shù)。對(duì)于封裝加PCB通道，目前最常用的方法是將封裝和電路板作為s參數(shù)或?qū)拵PICE模型獨(dú)立地提取出來，并在電路仿真器中結(jié)合這兩種模型。但由于工作頻率高、信號(hào)速度快、集成器件復(fù)雜等因素，這種方法的局限性越來越大。
封裝與PCB（或封裝與電路）之間的耦合對(duì)性能有著不可忽視的影響。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜封裝和PCB，或封裝和電路的仿真有幾個(gè)挑戰(zhàn):電磁求解器的容量和精度，自動(dòng)化，易用性，可接受的仿真時(shí)間。
PCB和封裝設(shè)計(jì)人員深知在更高層次的系統(tǒng)仿真中，提取其精確的設(shè)計(jì)模型是多么重要。采用三維全波電磁仿真和自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方案，可提供提取全波s參數(shù)模型所需的精度水平。然而，設(shè)計(jì)人員在嘗試使用三維電磁仿真來解決復(fù)雜的設(shè)計(jì)時(shí)面臨著一些挑戰(zhàn)，如圖1所示。電路板和封裝器件通常采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要引入到三維電磁仿真工具中。這些設(shè)計(jì)包括多個(gè)介質(zhì)層、電源和接地層、信號(hào)層、大量過孔（與焊盤定義相關(guān)）和鍵合線。
第一個(gè)挑戰(zhàn)是從EDA工具中導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，但不包括應(yīng)用于設(shè)計(jì)的手動(dòng)修改，但要保留跟蹤、焊盤、焊線、網(wǎng)絡(luò)和引腳的數(shù)據(jù)庫信息。導(dǎo)入幾何體后，其他仿真模擬設(shè)置（例如，端口定義）需要易于使用，避免耗時(shí)的工程工作，并為非專業(yè)用戶提供可訪問性。最后，三維電磁仿真工具需要強(qiáng)大的網(wǎng)格、求解器和高性能計(jì)算功能，以將仿真時(shí)間縮短到可接受的水平，同時(shí)提供準(zhǔn)確度。本文詳細(xì)介紹了一種用ANSYS?HFSS?3D Layout進(jìn)行整合了封裝和PCB電路板的三維電磁仿真的新流程。
圖1.
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【技術(shù)貼】燃料電池堆棧三維仿真計(jì)算量太大跑不動(dòng)？——AVL FIRE獨(dú)創(chuàng)均勻通道模型為您助力
前面兩期技術(shù)貼，詳細(xì)介紹了AVL三維仿真分析軟件FIRE可以方便、高效地對(duì)燃料電池的性能、膜電極材料選型、水熱管理以及燃料電池老化進(jìn)行仿真分析，為燃料電池的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供可靠、有效的指導(dǎo)。
隨著開發(fā)要求的進(jìn)一步提高，燃料電池三維仿真已經(jīng)逐漸從燃料電池單體向燃料電池堆棧覆蓋，尤其針對(duì)整體的冷卻通道和氣體通道壓損及流動(dòng)均勻性設(shè)計(jì)對(duì)燃料電池堆棧性能及水熱管理的影響，必須要建立完整的堆棧模型進(jìn)行仿真。然而用常規(guī)方法對(duì)燃料電池堆棧進(jìn)行建模，由于整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸差異較大，最終生成的模型網(wǎng)格數(shù)量非常多，網(wǎng)格質(zhì)量也很難保證，計(jì)算代價(jià)將會(huì)非常大。
針對(duì)以上問題，AVL獨(dú)創(chuàng)均勻通道模型方法，采用多孔介質(zhì)模型替代真實(shí)的氣體通道結(jié)構(gòu)，可以極大的簡化整體網(wǎng)格數(shù)量，提高計(jì)算效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池堆棧的仿真。本期技術(shù)貼，將對(duì)均勻通道模型方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
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電池?zé)峁芾?em>三維仿真（二）：幾何清理與網(wǎng)格劃分
做三維仿真需要CAD軟件與CAE軟件配合，一維系統(tǒng)仿真也是如此，一維模型（熱、電、流場和動(dòng)力模型等）都需要三維仿真或者試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。
圖15：各類仿真工具耦合示例
今天就交流這么多，講個(gè)大概的思路，供大家參考。不過總體來講，做仿真是解決工程問題比較好的工具，但軟件是死的，選擇怎樣的工具，采用什么方法，設(shè)置什么樣的參數(shù)，還是在于工程師，最后上個(gè)最近比較喜歡的圖。
圖16：軟件與工程師
文末福利，關(guān)注公眾號(hào)：新能源汽車熱管理仿真技術(shù)，回復(fù)1，領(lǐng)取新能源熱管理資料。同時(shí)本人也在技術(shù)鄰平臺(tái)更新新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾?em>仿真和設(shè)計(jì)課程如下：如需購買可添加VX：fxy33186375領(lǐng)取優(yōu)惠券。
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