流體散熱分析的案例
【技術干貨】某型號天線流體散熱分析
碩士主修CAE仿真專業，擅長振動分析以及流體散熱分析，長期從事CAE軟件以及相關理論培訓工作。
一、模型簡化
將不影響熱傳遞路徑的結構特征做適當簡化，如：小的倒角、孔、螺柱等。簡化后的模型如下圖。整體散熱路徑：點狀熱源通過熱傳導到大平面結構，另一側在熱源密集地方增加散熱翅片，同時通過風扇進行強制對流散熱
圖1模型簡化圖
二、網格劃分解析
1.風扇兩側為流體變化快速的地方、網格應進行加密劃分；
2.散熱翅片兩側流體變化也較為迅速、需要進行加密劃分；
3.散熱翅片本身翅片間至少三層網格、翅片本身保留兩層網格。
圖2風扇進出口網格圖
三、風扇以及求解設定
1.風扇設定
風扇作為標準件，可以德爾塔等工業風扇網站進行獲取，此外Icepak、Flotherm等商用軟件自帶各種庫文件。圖3為軸流風扇設定，其中PQ曲線通過外部.csv進行加載。注意單位轉換。
圖三、軸流風扇設定
2.求解設定
(1)湍流模型設定
依據雷諾數、貝克萊數進行流態判定，一般軟件會給出，查看message信息。
(2)輻射模型設定
本項目選用自動設定。
(3)環境溫度設定
如圖4所示，溫度設定為55℃，同時在boundary進行設定。
(4)重力方向設定
按照實際進行設定，本項目為Z向。
(5)監測點設定
檢測邊緣發熱點，以及風扇風量。
圖4求解以及監測點設定
四、收斂分析
經過迭代，殘差接近10，同時個監測點溫度穩定無波動，認為本次分析收斂。
展開 線下培訓 | Cradle CFD通用流體及散熱＆Actran汽車聲學內飾NVH仿真培訓
培訓目標：
?了解CFD仿真流程及規范：計算域的建立原則、分析條件設置、網格劃分原則、模型簡化原則等CFD解析中常見的規范性問題；
?能采用scFLOW和scSTREAM完成通用流體以及散熱分析，如模型建立、前處理、計算過程、后處理，并完成部分典型的實例操作；
?掌握通用流體及散熱仿真的相關功能。
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培訓咨詢：沈老師 18561302360
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培訓課程：
培訓時間：4月17日-18日
培訓地點：上海市閔行區華中路6號七寶德必易園A316室
適用人群：針對汽車行業聲學內飾NVH仿真工程師、汽車行業NVH設計人員以及其他行業關注聲學材料特點及仿真技術的相關人員。
培訓目標：本次課程針對車內噪聲的NVH仿真分析進行培訓，特別是內飾車身 (Trimmed Body，簡稱TB模型) 的建模和分析關鍵技術要點進行詳細講解，以實操為基礎，結合真實案例，手把手幫您解鎖聲學內飾仿真技術。
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培訓咨詢： Actran聲學團隊 18500105781
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展開 流體散熱分析
流體散熱：
熱源，10顆燈珠表面熱源：500W；
Y向風速：2m/s；
環境溫度&空氣溫度：313.2K；
實體溫度：313.2K；
實體材質：鋁；
計算結果最高處溫度：80℃
溫度（流體）和溫度流動軌跡：
三個角度截圖：
無流體的，熱力分析。發熱功率500W，熱對流系數80W/m^2*k,得出結果最高溫度73℃。
空氣溫度293 K，實體最高溫度77℃。
風速改為4m/s，實體最高溫度66℃。
實體初始溫度293K，實體最高溫度64℃。
積鼎流體仿真軟件VirtualFlow: 鋰電池液冷散熱數值計算
<p>電池包在運作的時候會產生大量的熱，熱會在電池包內積累，隨著車輛的使用，電池包內的部件會老化損傷，安全隱患極高，如何給電池包散熱就顯得非常重要。本文采用積鼎VirtualFlow對電芯、冷板以及冷卻液進行散熱仿真計算，分析鋰電池模組穩態散熱效果，并與Fluent軟件結果進行對比，表明VirtualFlow與Fluent計算結果的溫度偏差控制在3℃以內。</p><p><br></p><h1><strong>一、計算域與網格</strong></h1><p>固體計算域包括電芯、母排、正負極、導熱膠以及電池包外殼，流體域為液體冷卻通道。</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202406/attachment/3716d76182524144ac5c6023f53ee1ca.webp" style="text-align: center"><img src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/3716d76182524144ac5c6023f53ee1ca.webp"></figure></div><p class="ql-align-center">圖1 流體域示意圖</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>本算例中，VIrtualFlow采用笛卡爾網格，只需要如下流體域尺寸和設置加密區域，即可自動生成網格。Fluent的網格采用FluentMeshing進行劃分，為多面體網格。
展開 
從散熱分析上修改燈具散熱殼的散熱結構 ￥1
SWSIMULATION熱力分析：
10顆燈珠，每顆燈珠功率50W（每秒50J）。
對流設置所有外接觸面（選擇對流面時取消內壁），對流系數設置25W/（m^2*k）。對流換熱系數：空氣自然對流：5-25W/（m^2*k）；氣體強制對流：20-300W/（m^2*k）；
環境溫度設為313K，約40攝氏度。
SW設置材料為鋁合金6061，材料熱導率是170W/m^2*K。
ANSYS中設置材料為AL，材料熱導率曲線。
結構1
散熱結構：齒高是13mm;齒厚為1mm；間隙為2mm;
SWSIMULATION分析結果：最高處溫度122℃。
ANSYS分析結果：130.5℃。
結構2
散熱結構：散熱齒上面中間挖槽。挖了10條寬8mm深4.5mm的槽。
SWSIMULATION分析結果：最高處溫度137℃(溫度上升了15℃）。
結構3
散熱結構：散熱齒整體降低4.5mm，散熱齒高度8.5mm。
SWSIMULATION分析結果：最高處溫度160℃(溫度上升了38℃）。
最終得出結果：結構1散熱齒高度最高不挖槽的散熱結構散熱的效果最好。
展開 利用FLUENT來求某散熱器流體的速率和壓力分布
作者在數值模擬的基礎是利CFD（Com－putationalFluid Dynamics計算流體動力學）技術對某軌道交通用發動機液壓油散熱器進行研究，力求液壓油散熱器流場分布更加合理，使散熱器具有更好的散熱效果。
數學模型由分析可知，散熱器內的流體是粘性牛頓型流體，且根據雷諾數可知為層流模型。在互不侵入的兩種流體分界面上，若不計入表面張力。則界面兩側任一點流體的速度和溫度應相等。即：V3流場分析利用ANSYS程序進行流場分析的主要步驟：（1）建立模型，確定問題區域；（2）確定流體的初始條件；（3）生成網格；（4）確定邊界條件；（5）設置分析參數；（6）求解。此處利用FLUENT來求某散熱器流體的速率和壓力分布，選擇單一流體進行流場分析。建立模型采用ANASYS公司的ICEMCFD軟件建立散熱器二維模型。并對入口、出口、壁面、流體分布區域進行初步定義。劃分網格采用四邊形網格對其進行網格劃分，在壁面邊界參數較大處對網格進行適當加密。模型設置由于本模型為小雷諾數模型，故選擇層流模式。定義邊界條件在散熱器入口處定義流體的密度及初始速度，設置壁面為無滑移壁面，設置散熱器出口為自由出口（outflow），定義流場區域。初始化與計算定義松弛因子及其他參數，初始化流場，定義收斂條件，并建立流動的流場，進行計算。
展開 散熱蓋板的水冷散熱分析
圖1? 散熱系統
中心盤穩態散熱分析如下：
模型信息
材質屬性
模型參考
屬性
零部件
名稱:
7075-T6
模型類型:
線性彈性同向性
默認失敗準則:
最大 von Mises 應力
熱導率:
130 W/(m.K)
比熱:
960 J/(kg.K)
質量密度:
2,810 kg/m^3
SolidBody 1(凸臺-拉伸44)(M200水冷散熱蓋板-1)
曲線數據:N/A
名稱:
銅
模型類型:
線性彈性同向性
默認失敗準則:
最大 von Mises 應力
熱導率:
390 W/(m.K)
比熱:
390 J/(kg.K)
質量密度:
8,900 kg/m^3
SolidBody 1(掃描2)(水冷銅排管-1)
曲線數據:N/A
算例結果
名稱
類型
最小
最大
熱力1
TEMP: 溫度
2.930e+02Kelvin
節: 121775
3.024e+02Kelvin
節: 15256
水冷散熱分析-熱力 1-熱力-熱力1
展開 CFDesign電子散熱一例_投影儀的散熱分析
模擬過程
導入CFdesign：直接從pro/e界面將裝配件導入到CFdesign中
單位：inch-watt
邊界條件:（圖中箭頭所示方向為流體流動方向）
? 進口: 0Pa 進口溫度：25 degrees Celsius
? 出口: 0 Pa
? 燈泡功率：120W
? 其它芯片的功率：2W
網格設定（手動設定網格）：
風扇、電容、芯片、變壓器、散熱片均為0.2 inches
其余為0.8 inches
材料設定：
空氣設定為“Air_Constant”，
風扇的參數：20 ft^3 / min；2000 RPM，并選擇方向
其余均設定為AL
分析選項設定
flow on；heat on
求解設置
穩態求解（默認方式）
模擬結果
圖4： 網格分布
圖5速度場分布（兩種設計方案對比，顏色表速度）
圖6 跡線分布（顏色表溫度）
圖7溫度場分布（固體顏色表示溫度。截面顏色表速度）
展開 流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
ANSYS燈具散熱殼穩態熱分析-主分析文件
燈殼散熱，參數10顆燈珠，每顆燈珠設定50W完全用于發熱。
選用AL材料，對流系數是曲線值。在200℃及以上的熱導率是170W/m^2*K。
環境一：
設定環境溫度40℃，自然對流系數25W/m^2*℃。自然散熱面是去掉內側面的所有外側面。
發熱量在10個小燈珠區域，總計設為500W。熱對流只設置在外表面。對流系數25W/m^2*℃。
劃分網格，求解最高溫度。
初始溫度Initial temperature溫度設為22℃或者40℃結果最高溫度是130℃。
按照氣體強制對流設置參數80W/m^2*℃，結果最高溫度在75℃。
強制對流，發熱功率20W，最高溫度54℃。
自然對流，發熱功率20W，最高溫度76℃。
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結構二：
散熱貼緊面厚度從1.5mm增長到3慢慢厚，得出的計算結果。
最高溫度143℃（溫度增長13℃）。
設置氣體強制對流系數80W/m^2*℃，最高溫度為85℃。
展開 關于計算流體力學，你知道多少？ 附計算流體動力學分析下載
計算流體力學的發展
計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics）簡寫為CFD，是20世紀60年代起伴隨計算科學與工程（Computational Science and Engineering, 簡稱CSE）迅速崛起的一門學科分支，經過半個世紀的迅猛發展，這門學科已經是相當的成熟了，一個重要的標志就是近幾十年來，各種CFD通用軟件的陸續出現，成為商品化軟件，服務于傳統的流體力學和流體工程領域，如航空、航天、船舶、水利等。隨著CFD通用軟件的性能日益完善，應用的范圍也不斷的擴大，在化工、冶金、建筑、環境等相關領域中也被廣泛應用。
現代流體力學研究方法包括理論分析，數值計算和實驗研究三個方面。這些方法針對不同的角度進行研究，相互補充。理論分析研究能夠表述參數影響形式，為數值計算和實驗研究提供了有效的指導；試驗是認識客觀現實的有效手段，驗證理論分析和數值計算的正確性；計算流體力學通過提供模擬真實流動的經濟手段補充理論及試驗的空缺。
更重要的是，計算流體力學提供了廉價的模擬、設計和優化的工具，以及提供了分析三維復雜流動的工具。在復雜的情況下，測量往往是很困難的，甚至是不可能的，而計算流體力學則能方便的提供全部流場范圍的詳細信息。與試驗相比，計算流體力學具有對于參數沒有什么限制，費用少，流場無干擾的特點。出于計算流體力學如此的優點，我們選擇它來進行模擬計算。簡單來說，計算流體力學所扮演的角色是：通過直觀地顯示計算結果，對流動結構進行仔細的研究。
計算流體力學在數值研究大體上沿兩個方向發展，一個是在簡單的幾何外形下，通過數值方法來發現一些基本的物理規律和現象，或者發展更好的計算方法；另一個則為解決工程實際需要，直接通過數值模擬進行預測，為工程設計提供依據。
展開 
ANSYS workbench 芯片穩態散熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習芯片的三維模型處理
2、學習芯片穩態散熱分析步的建立
3、學習芯片穩態散熱分析的載荷施加
4、學習芯片穩態散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片穩態散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
基于Icepak的船舶儲能電池散熱特性仿真分析
風冷散熱和液冷散熱都是通過固體與流體之間的相互作用來傳遞熱量的[12],均涉及到流固之間的耦合換熱。因此，為了研究電池包在散熱系統作用下的散熱特性和溫度場分布，需要引入流體傳熱控制方程，即質量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程。
質量守恒方程為
式中，ρ為流體的密度；t為時；U為流體的速度
式中，ρ為流體的密度；t為時間；U為流體的速度。
引入牛頓切應力公式及Stokes表達式，則動量守恒方程的矢量形式可表示為
式中，U為流體的速度；p為流體的壓力；F為單位質量流體所受的體積力。
式中，U為流體的速度；p為流體的壓力；F為單位質量流體所受的體積力。
流體運動的能量守恒方程可表示為
式中，T為溫度；λf為流體的導熱系數；cp為比熱容；Sh為流體內熱源；Φ為由粘性作用導致的耗散函數[13]。
上述控制方程是封閉的，在給定邊界條件的情況下是可以進行求解的。本文所使用的Icepak熱仿真軟件就是此基礎上，對微分方程進行離散和迭代求解，從而得到溫度場分布特性的。
2.2 幾何模型和物性參數設置
本文選用某型3.2V/12.8Ah的船用磷酸鐵鋰電芯作為構成儲能電池包的單體電池，如圖1(a)所示，其尺寸大小為164mm× 71.6mm×23.1 mm。采用先并聯后串聯的成組方式，將10塊單體電池并聯構成一個電池模組，如圖1(b)所示，再將16個電池模組通過串聯的方式組成一個儲能電池包，如圖1(c)所示。
圖1 儲能電池包幾何模型
磷酸鐵鋰電池主要由電池外殼、內核和極柱等構成，其中內核包括正極材料、負極材料、電解質和隔膜等[14];極柱則分為正極柱和負極柱，分別由鋁箔和銅箔構成。單體儲能電池的熱物性參數如表1所示，由于磷酸鐵鋰電池部分物性參數難以獲取，表中的部分參數參考文獻[15]。
展開 案例分享 | 車燈散熱分析
類似高度集成的LSI 和LED 等器械，對那些發熱量大而小型化的部件如何高效率地散熱是一大課題。即節能由具有長壽命的高品質產品開發，散熱設計是不可或缺的。仿真的可視化能使新的設計概念方便地得以具體的，多方面的評價和考察。
遠光燈后處理示意圖
近光燈后處理示意圖
基于Icepak的水下航行器電池艙段散熱仿真分析
摘 要：針對水下航行器的鋰電池組發熱問題，利用ANSYS Icepak軟件對不同散熱條件下的電池艙段內溫度氣流分布情況進行了仿真分析。結果表明：相比于艙內空氣自然對流冷卻，使用風冷散熱可大幅降低電池組平均溫度，并改善電芯之間的溫差，有利于提高電池組的環境適應性和放電功率，進而提升水下航行器的安全性和可靠性。
關鍵詞：鋰電池;Icepak;散熱仿真;水下航行器溫度場;
0 引言
隨著鋰電池的蓬勃發展，水下航行器越來越多的使用鋰電池作為動力能源。為滿足水下航行器的能量和功率需求，鋰電池組常采用單體密堆積方式成組，且水下航行器的電池艙段為密封環境，鋰電池組長時間高倍率放電所產生的熱量容易積累，導致部分單體電池溫度過高，發生內短路，進而引發熱失控[1]。因此，對水下航行器的電池艙段進行散熱設計及仿真分析，對保證水中裝備鋰電池組的安全可靠工作具備重要意義。
本文以水下航行器電池艙段為研究對象，利用Icepak有限元分析軟件對不同條件下艙內空氣自然對流散熱和風冷散熱的電池艙段溫度場進行數值模擬，得到不同風機功率、風機方向、電池單元間隙條件下電池艙段內部的溫度氣流分布，分析了電池艙段內部傳熱特性，并研究了影響電池艙段溫度場的主要因素。
1 計算模型
1.1 模型簡化
水下航行器電池艙段一般較長，電池艙段內沿軸向的熱量傳遞極少，為節約計算時間，將電池艙段的熱仿真簡化電池模塊艙段熱仿真分析。此外，電池艙段內各種螺釘、導線和鋁合金外框等對電池溫度場的影響很小，故在熱仿真分析時也將其省略。電池模塊由8個電池單元堆積組成，電池單元由8個單體電芯串聯組成，對64個電芯從左下方開始，順時針依次編號，電池模塊艙段模型及電芯標號如圖1所示。
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