汽車散熱風扇的案例
4/26 Ansys電子散熱風扇葉片優(yōu)化
內容簡介
每個HFSS新版本，對高速SerDes和DDR仿真的求解精度、速度和功能上都有大量更新。妥善使用，可以大大提高仿真效率和研發(fā)效果，加快產品迭代，提高行業(yè)領先性。
面向受眾
芯片封裝PCB的SIPI仿真工程師，硬件設計工程師。
時間
2022年4月26日（周二）16:00-17:00
費用
免費
講師簡介
周小俠|Ansys
Ansys中國CPS團隊高級應用工程師。負責芯片封裝系統(tǒng)相關產品的支持和研究工作。本碩就讀于電子科技大學電磁場專業(yè)。先后就職于長虹、CST China，摩托羅拉和思科，分別從事雷達天線設計、電磁場仿真軟件支持
電子散熱工程中風扇選擇的9大因素
當對額外冷卻進行考慮，又不能使用相同尺寸的更高性能的風扇時，可以通過以下四種方案進行考慮：
① 改善機箱系統(tǒng)內的氣流組織。
② 重新設計機箱系統(tǒng)以使用更大的風扇。
③ 修改機箱系統(tǒng)以并行使用兩個或多個風扇。
④ 修改機箱系統(tǒng)以使用兩個或更多風扇系列。
通常，通過改善機箱系統(tǒng)內的氣流組織或通過改變通風口的位置或尺寸可以提供足夠的額外冷卻。如果您無法通過修改氣流來改進，那么首選的解決方案是修改機箱系統(tǒng)以接受更大的風扇。這允許選擇與機箱系統(tǒng)要求相匹配的風扇。但有時候，這種選擇是不可能的。可能無法獲得具有足夠性能的風扇，或者由于尺寸限制可能禁止使用更大的風扇。這些情況需要一個或多個額外的風扇。
在某些情況下，使用額外的風扇來增加機箱系統(tǒng)內的空氣流量。此外，備用風扇的設計可用于提高機箱系統(tǒng)可靠性。
但是額外的風扇可能會產生問題。它使成本增加一倍，噪音加倍，風扇產生的熱量增加一倍，并且可能只為系統(tǒng)的冷卻提供很少的改善。
風機并聯(lián)P-Q曲線的修改
并行的兩個風扇僅在自由空氣情況下使得氣流加倍。如果機箱系統(tǒng)具有高靜壓，則這種布置增加的流量比較少。兩個風扇串聯(lián)將使得靜壓加倍，但在自由空氣情況下不會增加氣流流量。風扇并行可以在低靜壓情況下增加氣流的流量，然后再使得風扇串聯(lián)，可以進一步增加風扇的靜壓。
風機串聯(lián)P-Q曲線的修改
另外，并聯(lián)串聯(lián)的多個風扇對機箱系統(tǒng)本身的散熱影響也不容忽視。
展開 酯液變壓器冷卻風扇不同布置下的散熱特性
圖2 基于16MVA下繞組中的損耗分布
5 散熱器中冷卻風扇的布置
變壓器制造商一般有興趣根據酯液變壓器散熱器上不同的冷卻風扇安裝方式來估算熱參數(shù)，并將熱參數(shù)結果與礦物油進行比較。各廠家在電力變壓器散熱器上常用的散熱風扇安裝配置(圖3、圖4)分為水平安裝(安裝在散熱器的兩側)和垂直安裝(安裝在散熱器的底部)。
該變壓器采用熱鍍鋅散熱器，將油箱頂部因功率損耗而產生的熱量抽出，并通過外置散熱器和冷卻風扇將冷卻后的油重新循環(huán)回油箱底。油箱內安裝4個散熱器，寬520mm，高2200mm，每個散熱器23片。該截面的冷卻表面積為2.64m2, 50oC時每個截面的散熱面積為851W。采用3相，50Hz, 900RPM, 500W，直徑610mm，風量10450m3 /hr冷卻風機。r3和r4與r1和r2之間的距離為150mm。R2、R3散熱器距離為100mm。冷卻風扇安裝方式的組合見表1和表2。
圖3 4個散熱器的不同位置3個散熱器上的冷卻風扇配置。
圖4 4個散熱器的不同位置4個散熱器上的冷卻風扇配置
6 變壓器熱分析結果
礦物油的熱運行限值在本文中是根據客戶的技術規(guī)格來使用的。環(huán)境溫度最大值為50℃，根據現(xiàn)場環(huán)境溫度根據客戶要求進行考慮。最高油頂溫升、繞組平均溫升限值分別為50℃、55℃。
表1 4個散熱器布置3個冷卻風扇
表1 4個散熱器布置4個冷卻風扇
功率損耗會導致繞組絕緣退化，從而降低導體絕緣的抗拉強度和介電性能。對于變壓器設計工程師來說，由于絕緣材料的熱老化問題非常重要，因此預測變壓器不同線餅或線匝處的溫度分布是一個很有意義的問題。
展開 電子散熱工程中風扇選擇的9大因素
③ 修改機箱系統(tǒng)以并行使用兩個或多個風扇。
④ 修改機箱系統(tǒng)以使用兩個或更多風扇系列。
通常，通過改善機箱系統(tǒng)內的氣流組織或通過改變通風口的位置或尺寸可以提供足夠的額外冷卻。如果您無法通過修改氣流來改進，那么首選的解決方案是修改機箱系統(tǒng)以接受更大的風扇。這允許選擇與機箱系統(tǒng)要求相匹配的風扇。但有時候，這種選擇是不可能的。可能無法獲得具有足夠性能的風扇，或者由于尺寸限制可能禁止使用更大的風扇。這些情況需要一個或多個額外的風扇。
在某些情況下，使用額外的風扇來增加機箱系統(tǒng)內的空氣流量。此外，備用風扇的設計可用于提高機箱系統(tǒng)可靠性。
但是額外的風扇可能會產生問題。它使成本增加一倍，噪音加倍，風扇產生的熱量增加一倍，并且可能只為系統(tǒng)的冷卻提供很少的改善。
風機并聯(lián)P-Q曲線的修改
并行的兩個風扇僅在自由空氣情況下使得氣流加倍。如果機箱系統(tǒng)具有高靜壓，則這種布置增加的流量比較少。兩個風扇串聯(lián)將使得靜壓加倍，但在自由空氣情況下不會增加氣流流量。風扇并行可以在低靜壓情況下增加氣流的流量，然后再使得風扇串聯(lián)，可以進一步增加風扇的靜壓。
風機串聯(lián)P-Q曲線的修改
另外，并聯(lián)串聯(lián)的多個風扇對機箱系統(tǒng)本身的散熱影響也不容忽視。
展開 
4/21 Ansys電子散熱風扇葉片優(yōu)化
內容簡介
本課程將通過實際案例介紹Ansys Turbosystem產品在電子散熱風扇方面的優(yōu)化功能。針對不同類型的散熱風扇，Ansys提供基于OptiSLang的參數(shù)化葉型優(yōu)化方法和基于Fluent的無參伴隨求解優(yōu)化方法，用戶可通過本次視頻課程了解這2種方法的基本使用流程和適合的風扇類型，初步掌握它們的核心方法和操作步驟。
時間
2022年4月21日（周四）16:00-17:00
費用
免費
講師簡介
姚翔|Ansys
獲北京航空航天大學飛行器動力專業(yè)學士及碩士學位；2019加入Ansys中國負責旋轉機械軟件產品的售前技術支持及咨詢工作。
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（四）-風扇散熱器
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（四）-風扇散熱器
CAE白堤
風扇散熱器
隨著封裝元件的熱功耗密度不斷增加，單純的散熱器所帶走的熱量已經很難滿足需求。風扇散熱器可以大幅提升在有限空間內散熱器的散熱能力，一般情況下，封裝元件被貼附在散熱器底部，由風扇促使空氣快速流動，將封裝元件熱量速度傳遞到散熱器而帶走。散熱器還沒有加裝風扇之前，從熱量傳遞來看是被動散熱。而現(xiàn)在加裝了風扇之后，變成了主動散熱。
風扇散熱器的簡化
FloEFD中散熱器模擬功能允許用戶用一個簡化模型來近似模擬一個強迫風冷散熱器。在一個中大型散熱系統(tǒng)中，通過將形狀復雜的散熱器替換為一個模擬散熱器，就可以大大減少計算時間。當定義散熱器模擬后，用一個六面體方塊來模擬某個散熱器，流體通過該方塊的某個指定表面流入，通過其他指定表面流出。熱量將按照給定的熱功耗在某元件內產生。
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業(yè)，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
展開 【Visualize專題】制作散熱器風扇旋轉動畫 | 操作視頻
我們來制作散熱器風扇旋轉動畫，當風扇從上方裝到散熱器上后，扇葉開始旋轉，整個旋轉過程是由慢到快、然后再慢慢停止。
本期動畫在制作過程中分為兩步：
第一步：制作風扇從上方裝到散熱器上的動畫；
第二步：制作風扇扇葉的旋轉動畫。
希望通過這個視頻激發(fā)出大家的創(chuàng)意靈感，制作出更加精彩的動畫哦。關于SOLIDWORKS Visualize 制作散熱器風扇旋轉動畫的詳細操作，歡迎大家觀看視頻。
SOLIDWORKS Visualize 制作散熱器風扇旋轉動畫
展開 【產品設計】電子設備中該如何選取散熱風扇的參數(shù)？這篇絕對是干貨！
相關系統(tǒng)散熱可以用下式估計需要的冷卻空氣：
式中:
Q表示總的耗散功率(W)，
CP表示空氣比熱(J/kg·K)，
m表示質量流量(kg/s)，
ΔT表示系統(tǒng)出口空氣與進口空氣的溫升(K)。
因為質量流量與體積流量的關系是:
式中：
VF表示體積流量(m3／s)，
ρ表示空氣密度。
所以所需的體積流量是：
(3)式是冷卻一定功率電子設備所需空氣的粗略估計。由于空氣密度隨海拔高度的增加而減小，對于機載設備風量應采用質量流量。可以使用不隨高度變化的恒定質量流量風扇，通過控制轉速來達到質量流量不變的目的。風扇廠商提供的目錄說明中通常標出風扇在0靜壓時的單位為立方英尺/分(CFM)的體積流量，依據設備的功率快速選擇風扇的流量見表1。
3.2估計真實流量
空氣流動時，在流動的路徑上截面的收縮、擴張和轉彎等變化將引起靜壓降。前面的分析已經表明要達到預計的溫升所需要的空氣流量。然而實際工作時的空氣流量是由風扇特性曲線和系統(tǒng)阻力曲線的交點決定的。
可以先假定幾個不同的流量(如圖1中所示的：F1、F2、F3)，計算流經電子設備的每個流量的總的靜壓降(圖中ΔP1、ΔP2、ΔP3)，得到設備的流量阻力曲線。通過疊加風扇特性曲線和設備流量、阻力曲線的交點可獲得系統(tǒng)的工作點。通常用標記為HV的速度頭來表示空氣流動沿程的靜壓損失。
展開 Moldex3D模流分析之臺達集團成功應用Moldex3D改善散熱風扇支架變形問題
大綱
計算機在運算過程中會產生大量熱能，為了降低機體溫度，散熱模塊已廣泛為業(yè)界所運用。臺達集團作為全球電源管理與散熱方案的知名廠商，深耕此領域長達數(shù)十載，多年前就引進Moldex3D射出成型仿真技術，進行產品設計驗證及制程優(yōu)化。本案例藉由Moldex3D多項精準分析，在散熱模塊實際生產前，檢視計算機散熱風扇支架潛在問題，進而調整并優(yōu)化成型條件，成功達到節(jié)約成本、提升產品質量之雙重目的。
圖一 本案例為計算機散熱模塊中的散熱風扇支架
挑戰(zhàn)
改善產品變形問題
降低產品不良率
縮短開模周期
解決方案
臺達集團導入Moldex3D eDesign并藉由實際試模驗證，找出產品變形量至低的設計變更。
效益
變形量從原本3mm降至0.15mm
產品不良率自45%降到16%
開模周期縮短3天
案例研究
散熱模塊中的風扇支架，負責固定并支撐散熱模塊，其平面度對整個模塊裝配影響甚巨。本案例中，散熱風扇因收縮變形造成框角下塌，平面度超出標準規(guī)格，變形量達0.3mm。因此改善風扇支架的變形程度，使其平面度能符合要求規(guī)范，勢必為優(yōu)化模塊制程的首要任務。
圖二 產品因收縮變形造成框角下塌，平面度超出標準規(guī)格
圖三 樣品變形量達0.3mm
為了有效提升產品質量，臺達集團研發(fā)團隊透過Moldex3D的充填、保壓、冷卻模塊進行分析，了解原始設計問題所在。
充填分析結果（圖四）顯示，產品結構差異設計造成強度不均，充填時框角為流動末段，保壓效果有限，導致容易產生收縮變型，影響產品結構支撐力。
圖四 充填分析結果
保壓階段溫度分布結果（圖五）顯示，黃色區(qū)域為保壓結束時溫度，仍高于230℃，此局部高肉厚區(qū)域容易因為內部積熱而導致產品塑料收縮不均。
展開 基于CFD 的新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真分析
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數(shù)值計算.首先進行了網格數(shù)量的無關性驗證；然后通過試驗驗證了數(shù)值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數(shù)參數(shù)對冷卻風扇氣動性能的影響.結果表明：相同轉速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數(shù)增多，其產生的流量越大.在冷卻風扇的靜壓效率方面，在風扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風扇靜壓效率最高.在其他靜壓區(qū)間，當葉片數(shù)為7、8時，風扇靜壓效率要高于9葉片風扇.研究可以為新能源汽車冷卻風扇氣動性能優(yōu)化提供依據.
近些年新能源汽車在中國發(fā)展迅速，新能源汽車的電子冷卻風扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風扇的設計要滿足電驅系統(tǒng)、電池系統(tǒng)與空調系統(tǒng)的冷卻需求；同時，電子冷卻風扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風扇是至關重要的.CFD仿真分析技術的出現(xiàn)可以縮短產品的開發(fā)周期，同時降低開發(fā)成本，更可以從機理上研究冷卻風扇的流動細節(jié)，目前已經廣泛應用到冷卻風扇的開發(fā)中.當前對冷卻風扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個數(shù)、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風扇性能的影響.
展開 【汽車散熱器知識】
它是通過調節(jié)流經散熱器的水量而實現(xiàn)的。在低溫情況下，散熱器的出口將完全被阻塞，即所有的冷卻液經由發(fā)動機進行再次循環(huán)。冷卻液的溫度一旦升高到82-91℃之間，恒溫器便會打開，從而使液體流經散熱器。當冷卻液的溫度達到93-103℃時，恒溫器將一直保持打開狀態(tài)。
冷卻風扇與恒溫器類似，必須對冷卻風扇加以控制以使發(fā)動機保持恒溫。前輪驅動汽車裝有電扇，因為發(fā)動機通常橫向安裝，即發(fā)動機的輸出朝向汽車的一側。
風扇可以通過恒溫開關或發(fā)動機計算機進行控制，這些風扇將在溫度升高到超過設定點時打開。當溫度降到低于設定點時，這些風扇將會關閉。冷卻風扇配備縱向發(fā)動機的后輪驅動汽車通常裝有發(fā)動機驅動冷卻風扇。這些風扇具有恒溫控制粘性離合器。該離合器位于風扇的中心，被散熱器流出的氣流所包圍。這類特殊的粘性離合器有時更像是全輪驅動汽車的粘性耦合器。當汽車過熱時，打開所有車窗，并且在全速運轉風扇時運行加熱器。這是因為加熱系統(tǒng)實際上是一個二級冷卻系統(tǒng)，可以反映汽車上主冷卻系統(tǒng)的情況。
加熱器管道系統(tǒng)位于汽車儀表板的暖氣風箱實際上是一種小型散熱器。該加熱器風扇使空氣流過暖氣風箱，然后再進入汽車的乘客艙。加熱器風箱類似于一種小型散熱器。加熱器風箱從氣缸蓋吸取出熱的冷卻液，然后又使其重新流回泵中，因此，加熱器在恒溫器打開或關閉時均可以運行。
展開 
電動汽車電池組散熱仿真研究
關鍵詞：電動汽車;電池組散熱;仿真研究;
1 引言
電動汽車的散熱主要是電池組散熱，由于散熱效果直接影響電動汽車的使用，所以動力電池組設計作為電動汽車三電系統(tǒng)設計是極為重要的，在有限的車體安裝空間中設計合理的電池組排列方式以及最佳的熱管理方案[1]。本文通過建立溫度場模型，對電池組模型進行二維仿真，雖然對模型有部分簡化，但還是可以分析出在不同布置形勢下的散熱效果，可以在使用中選擇圓柱電池的最優(yōu)排布方式，提出降低電池組溫度的方法，可以在實際使用中用此方法延長電池組的壽命。
2 圓柱電池組溫度場建模與仿真條件
2.1 電池組二維模型建立與網格劃分
對模型進行了部分簡化的處理后，使用COMSOL進行了二維建模，建模如圖1所示，選擇了25個18650電池為一組進行建模，并只考慮了平行、X形以及梯形的布置形式，模型左邊藍色線條為進風口，右邊為出風口，如圖1所示。
(a）圖為平行布置形式電池排列方案，（b）圖為X形布置形式電池排列方案，（c）圖為梯形布置形式電池排列方案，三個方案的藍色邊緣的是進風口，右邊黑色并且凸起的邊緣為各個布置模型的出風口，圖中的25個圓形結構為18650圓柱電池的簡化模型。其中，（a）圖是平行型布置形式的簡圖，平行型布置形式的所有進風口吹進電池間隙，出風口也從電池的間隙中吹出，風從間隙中流過使得風遇到的湍流少，風的流速不會降低太多，可以帶走更多熱量；（b）圖是X形布置形式的簡圖，X形布置形式的所有進風口吹進電池間隙，出風口也都對應電池間隙，同樣的風從間隙中流過使得風遇到的湍流少，風的流速不會降低太多，可以最大限度地對單體電池進行散熱；（c）圖表示梯形布置形式的二維模型，梯形布置形式進風口正對電池間隙，出風口正對右邊三個電池的中心，梯形布置形式的出風口相對其他兩種布置形式面積一樣，但是較為集中。
展開 KOOLANCE散熱器在電動汽車中應用（三）
Koolance 散熱器在電動汽車中的應用（三）
上兩講我們說到優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)(BMS)和熱管理系統(tǒng)(BTMS)對電動汽
車的重要性。那么，電池發(fā)展的未來會是怎么樣呢？中國能不能在電動汽車這
個行業(yè)實現(xiàn)彎道超車呢？今天，我們來一起探討一下這個問題。
電池當前有 2 個主流設計方向：
一、“三元鋰電池+優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)”：
充分發(fā)揮三元鋰電池體積小、能量密度大的優(yōu)勢，以特斯拉為代表。
二、“磷酸鐵鋰電池+相對簡單的電池管理系統(tǒng)“：
充分利用磷酸鐵鋰電池便宜、耐用的優(yōu)勢，以比亞迪等國產電動車為
代表。
那么，這兩種電池，哪一種更好呢？個人認為，最好的電動汽車電池應該
具有有以下特征：
1、安全： 這是第一位的，如果動不動就自燃、爆炸，誰敢用？
2、電流大： 電流大，動力充沛，才能讓車自由奔馳。
3、容量衰減慢：說明電池耐用，減少維護成本。
4、能量密度大：說明電池蓄電能力好，緩解里程焦慮。
三元鋰電池：
優(yōu)點：能量密度大
目前特斯拉特斯拉使用的是松下 NCR18650 型電池，容量在
3350mHA 左右，能量密度高達 200WH/Kg。舉例來說，特斯拉高
配的 85KWH 電池，瞬間可以達到 342 馬力，遠超一般的汽油車，
所以起步和加速特別快。
缺點：
1、充放電電流不足：
正常情況下，只能達到 2C 或 3C 的放電電流。
展開 KOOLANCE散熱器在電動汽車中應用（二）
散熱部件結構緊湊、成本較低：
2、特斯拉的 Model 3:
與通用 VOLT 的并行流道相比，特斯拉的電池包散熱則是采用串行流道，冷卻板
安裝于電池間隙，這個設計的結構設計難度較大，同時，蛇形冷卻板在較大程度上增
加了液冷系統(tǒng)的壓力損失，需要加大流量進行補償。
特斯拉的電池包管理系統(tǒng)中，還增加了對“廢熱”的利用和管理，即：利用車上
各種電子設備和動力系統(tǒng)在工作過程產生的廢熱來給電池加熱，這樣，在不額外增加
電能消耗或少耗能的情況下也能保證電池包的溫度，特別適用于寒冷地區(qū)的車輛使用。
可見，一個設計優(yōu)良的電池包熱管理系統(tǒng)，不僅能充分利用車輛的空間，還能變廢為
寶，把電池的能量用到極致。美國 Koolance Inc.公司，從 2000 年起，就一直致力于“液
冷”散熱系統(tǒng)的研究和開發(fā)，針對電動汽車特殊的散熱要求，設計了多款一體式的散熱器，
可滿足各種工況下的散熱需求，通過散熱器內置的 Koolance System Monitor 監(jiān)測系統(tǒng)，
就可對散熱流道中的流量、流速、風扇轉速、水泵轉速、冷液溫度等進行實時調控，是從
事自動駕駛、電池管理系統(tǒng)（BMS）、熱管理系統(tǒng)（BTMS）開發(fā)者的得力助手、助攻神器！
上述散熱器，搭配 KOOLANCE 研發(fā)的專用探溫計，就能實時監(jiān)測各個監(jiān)測點的冷液溫度：
展開 新能源汽車電控系統(tǒng)及散熱技術簡述（下）
圖9 IGBT針腳水冷基板
1
三、祥博電控散熱器
為了滿足我國大力發(fā)展新能源汽車的大背景下，新能源汽車的電控系統(tǒng)的散熱需求日益增加，為解決其散熱問題，保證用戶的行駛安全，祥博傳熱研發(fā)出了一系列針對新能源汽車電控系統(tǒng)的散熱器,為我國新能源汽車事業(yè)的發(fā)展進一步的添磚加瓦。
名稱：壓鑄液冷散熱器
材質：鋁，ADC12
工藝：鋁壓鑄及攪拌摩擦焊成型
特性：結構緊湊，具有流阻低、熱阻低、密閉性好、抗沖擊長期可靠性高等特點。
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