電子冷卻仿真的案例
電子設備可靠性熱設計手冊-冷卻方式選擇
冷卻方式選擇 ￥50
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電子冷卻：過去、現在和未來
考慮到電子產品的尺寸和電池壽命，我們已經取得了長足的進步。看看手機；摩托羅拉設計的第一款便攜式手機只用了 30 分鐘或更少，重約 3 磅。出于顯而易見的原因，這些電話被稱為“磚塊”。當今的一些智能手機比 PC 速度更快、功能更強大。電子產品的小型化以及對高功率密度的需求增加了電子冷卻的巨大壓力。電子冷卻技術自 1960 年代就已經存在，但隨著客戶對高功率電子產品的渴望，新的熱管理技術成為滿足這些需求的先決條件。從過去可以學到很多東西，將這些知識應用到現在并進行必要的修改，并預測未來冷卻系統的需求。
回顧過去
CFD 用于電子冷卻的出現僅在 80 年代后期才開始，大約在 CFD 在空氣動力學應用中占有一席之地 30 年后。第一個用于電子冷卻 CFD 研究的工作站使用 Unix。為了使用這個平臺，熱工程師絕對有必要對流體動力學和傳熱有一個核心的了解。以綠色和黑色線框布置的幾何圖形需要數天和數周的時間來構建。每個幾何體都將表示為一組僅由矩形塊和三角柱組成的長方體。在那些日子里，一個 20,000 個單元格的網格需要數周的數字運算，在所有這些計算之后，解決方案很可能會出現分歧。
隨著時間的推移，出現了一些變化，包括對圖形界面、MCAD 和 ECAD 導入的改進，并且計算時間顯著減少。但 CFD 解決方案的幾何建模和離散化方面仍然停滯不前，并且在過去十年中沒有任何重大進展。當僅解決或改進特定應用程序的某些方面時，增長曲線通常會下降，并且這些增強功能不適合原始系統。
用 Cadence Celsius EC Solver 回憶現在
通過從零開始，Cadence Celsius EC Solver等軟件 徹底改變了電子熱仿真領域。這個軟件已經變得智能了。
展開 【STAR-CCM+電池冷卻】基于直流道液冷板的動力電池冷卻性能仿真
3 仿真結果及分析
3.1 液冷板溫度分布對比
對冷卻液質量流量Qin = 0.25 kg/s，入口溫度θin =20 ℃工況進行仿真計算，得到液冷板溫度分布，如圖5所示。由于模型1 的回流橫向流道窄（流道右端與液冷板右側內壁之間的通道），冷卻液流速大, 在慣性力的作用下，冷卻液向外側流道流動的現象，回流側冷卻液分布不均勻，各流道散熱能力差異較大導致最內側流道溫度遠高于其他流道。與模型1 相比，模型2 的回流橫向流道呈V 型，在匯流處流道寬度較大，冷卻液流速較低，慣性力作用較弱。此外，冷卻液從內向外依次提前回流，可以減緩冷卻液向外側流道流動的現象。冷卻液流速分布均勻使得內側流道具有較好散熱效果，避免了液冷板回流內側溫度過高，液冷板溫度均勻性更好。
3.2 電池組溫度分布對比
在冷卻液質量流量0.25 kg/s，入口溫度20 ℃工況下進行仿真計算，得到液冷板溫度分布，如圖6 所示。電池組溫度分布呈現上部溫度高、下部溫度低、電池模組間的溫度分布較為均勻的現象。模型1 電池模組的高溫區域明顯多于模型2 電池模組的高溫區域，而且模型2 電池組的最高溫度和最大溫差均低于模型1，模型2 電池組溫度分布更均勻。但由于電池組產熱率較大并且在電池模組高度方向上傳熱路徑太長，模型1 和模型2 均存在電池模組上部散熱不佳的問題，導致電池模組在高度方向上溫度差異較大。
3.3 冷卻液質量流量對冷卻液壓降的影響
保持冷卻液入口溫度為20 ℃，調節冷卻液質量流量Qin 分別設為0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 kg/s 進行仿真模擬，液冷板壓降Δp 隨冷卻液質量流量Qin 的變化情況如圖7 所示。
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
在射出成型領域中，冷卻系統至關重要。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生變形，并可保持尺寸穩定性。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可以大幅縮減成型周期、提升產能。
然而對許多大型產品的模具而言，水路數量多且復雜，這導致在分析之前，須耗費大量時間整理模具中各群水路的進出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理、編輯水路線條的便利工具，能有效、快速整理復雜的水路路線，加速前處理進程；并以線條代替3D實體水路，減少網格生成的失敗率，提升仿真分析速度。
冷卻水路回路精靈能自動生成最長的適當水路曲線，并標示進出口。在擁有實體3D水路以及水路進出口位置的前提下，該功能可協助用戶快速建立水路回路曲線。本文將示范使用工具頁的中心線、連接信道曲線，再透過冷卻水路回路精靈完成水路回路及進出水口設定*。
*注：本文所介紹的功能僅供演示目的，冷卻水路回路精靈支持更多樣的建立水路曲線功能。
操作流程
步驟1：萃取水路的中心線條
匯入幾何后，在建立水路前，先使用工具欄的中心線來萃取模型中的3D實體水路幾何面，擷取所需的水路幾何線條。點選中心線并進入建構中心線的接口后，框選要萃取中心線的實體水路曲面群，也可以一次框選多個實體水路曲面群，框選好之后點選確認，即完成中心線萃取（右下方圖中的黃色中心線條）。
步驟2：整理連接不完整的水路線條
由工具欄點選連接信道曲線，并框選之前產生的中心線條，點選打勾完成，就會發現之前未連接的線條已自動連接。
步驟3：用冷卻水路回路精靈完成水路回路及進出水口設定
在模型頁面點選回路精靈中的冷卻水路回路精靈，框選連接好的水路線條，再一次點選抓取完成選取。
展開 
電子設備兩相冷卻創成式設計的突破性進展
隨著電子元器件的尺寸趨于小型化，其傳熱性能提高的需求日益增加，這給熱設計工程師帶來巨大的挑戰：如何設計更小的散熱器，同時能散發出更多的熱量。除此之外，電子產品的快速發展意味著散熱器設計開發時間越來越短。
本文研究創成式設計和先進的兩相冷卻仿真技術相結合，用以高效地設計兩相冷卻電子設備。文章首先通過數值模型的討論，簡要地解釋了創成式設計的方法，形成最終的概念驗證設計。
01兩相冷卻模型
近年來，計算機模擬成為新產品設計周期的一個重要組成部分，隨著計算能力的提高與先進數值模型的發展，復雜問題的模擬更加準確和快速。在新產品的設計周期中采用計算機仿真技術，從時間和成本來看，大大提高了開發過程的效率。與實驗測試對比，該方法往往更加實惠且較強的擴展性，這意味著僅僅需要一小部分成本便能探索更廣泛的設計空間。
當以模擬計算來代替實驗時，其計算的準確性尤為關鍵。仿真模擬依靠的是與物理行為相近的數值模型，而模型的復雜性直接與性能和計算成本相關，因此選擇合適的數值模型成為設計過程中的一個基本步驟。在共軛傳熱問題中，固體和流體部分的仿真計算在一定程度上可獨立處理。
一種常見的方法是用熱阻模型或數值模型（如有限元）來模擬固體，流道以一維模型來近似模擬流體，如表 1中所述。固體和流體之間的傳熱是沿通道的溫差乘以對流換熱系數來計算的，通常對流換熱系數由努塞爾數相關關系中獲得。這種方法在計算上是比較友好，因為忽略了流體特性的局部變化，如邊界層和湍流，因此使用該設計方法得到的設計結果可能有一定的誤差。
展開 用于電子皮膚熱管理的超薄、柔性、輻射式冷卻界面
圖3 用于皮膚電子設備中導電互連的被動冷卻。
圖4 可拉伸射頻無線皮膚電子產品的被動冷卻。
圖5 被動冷卻增強皮膚電子設備中的連續生理信號監測。
END
★ 平臺聲明
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CFdesign模擬Eurotherm公司某監控裝置電子冷卻情況的報告
CFdesign模擬Eurotherm公司某監控裝置電子冷卻情況的報告.part3.rar
CFdesign模擬Eurotherm公司某監控裝置電子冷卻情況的報告.part1.rar
CFdesign模擬Eurotherm公司某監控裝置電子冷卻情況的報告.part2.rar
『轉貼』新型微通道自然循環電子冷卻器
新型微通道自然循環電子冷卻器
中科院廣州能源研究研究所徐進良研究員領導的團隊勇于探索，攻關4年，于近期成功研制微通道自然循環電子冷卻器并在高端計算機上運行。此項成果通過廣州市科技局組織的專家鑒定，鑒定意見認為達到國際先進水平，可廣泛應用于信息、空間、軍事等領域，建議進一步推廣使用，以造福社會。
徐進良團隊幾年前就開始這項研究，并在去年承擔廣州市科技攻關項目“新型微通道自然循環電子冷卻器及產業化”，針對目前在信息、空間、軍事技術等領域中廣泛存在的電子設備高集成度、高熱流密度及溫度失效率大幅度上升等問題，經過多次分析，試驗等，提出并實現了微通道自然循環冷卻器的原理及樣機研制。
樣機由內含微通道的金屬底坐和兩根金屬導管及一個圓形冷凝器和散熱片組成(見圖所示)。所研制的樣機，經廣州市能源監督所檢測，冷卻熱功率達300W，熱流密度達33W/cm2。這兩項指標分別為目前高端計算機熱功率及熱流密度的三倍，可采用風散低轉速或完全無風自然循環運行，大大降低了噪音，并提高了可靠性。另外，該原理可根據不同用戶需要，進行不同的機構尺寸設計，應用范圍廣。
據介紹，該冷卻器中采用了三項關鍵技術：(1)微通道用于強化傳熱，以解決芯片的高熱流密度問題，(2)自然循環原理解決了冷卻器回路的壓力驅動問題，完全實現了無泵運行，(3)微型冷凝器與太陽花散熱器之間采用過盈配合，可避免異質金屬之間的焊接，并使接觸熱阻降低到最小。整個冷卻器回路采用全焊接模式密封，因而可靠性高。根據廣東省科學技術情報研究所對國內外專利及文獻的全面檢索分析及驗收鑒定專家的實際考核，認為該項目屬于集成性自主創新，建議進一步開發批量生產技術及裝備，以推廣應用于計算機、通訊基站、大功率電子及激光器等領域。
展開 干貨視頻 | ANSYS ICEPAK電子產品熱解決方案
視頻介紹
ANSYS Icepak軟件為電子熱管理提供穩健強大的計算流體動力學（CFD）仿真。基于著名的ANSYS FLUENT求解器，ANSYS Icepak融合了高級求解器技術和穩健的網格功能，這個網格技術是專為快速而精確的電子冷卻仿真而設計的，計算迅捷，結果準確。
對于IC封裝、PCB板、機箱、數據中心等各種級別的問題，都可以進行傳導、對流、輻射的傳熱傳質分析。
視頻內容
● 電子產品熱設計的理論分析、仿真計算和實驗測試；
● ANSYS Icepak主要功能及在電子產品熱分析上的應用；
● 熱傳導、風冷、水冷、熱管、太陽輻射、焦耳熱等 熱工況的相關例子；
● 提問與答疑。
展開 干貨視頻 | ANSYS ICEPAK電子產品熱解決方案
視頻介紹
ANSYS Icepak軟件為電子熱管理提供穩健強大的計算流體動力學（CFD）仿真。基于著名的ANSYS FLUENT求解器，ANSYS Icepak融合了高級求解器技術和穩健的網格功能，這個網格技術是專為快速而精確的電子冷卻仿真而設計的，計算迅捷，結果準確。
對于IC封裝、PCB板、機箱、數據中心等各種級別的問題，都可以進行傳導、對流、輻射的傳熱傳質分析。
視頻內容
● 電子產品熱設計的理論分析、仿真計算和實驗測試；
● ANSYS Icepak主要功能及在電子產品熱分析上的應用；
● 熱傳導、風冷、水冷、熱管、太陽輻射、焦耳熱等 熱工況的相關例子；
● 提問與答疑。
展開 設計仿真 | Cradle CFD助力新能源汽車電驅動設備噴油冷卻散熱仿真
海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件能提供實用的、先進的計算流體動力學仿真和可視化解決方案。它具有卓越的處理速度、精細的技術和高用戶滿意度，已被用于汽車、航空航天、電子、建筑、風扇、機械和海洋開發等領域，以解決熱和流體問題。除此之外，Cradle CFD整合了多物理場協同仿真和單向聯合仿真功能，以實現與結構、聲學、電磁、機械、一維、優化、熱環境、3D CAD和其他分析工具的耦合，從而使用戶能夠有效地解決跨多個學科的工程問題。Cradle CFD強大的后處理功能，可以生成視覺上逼真的仿真圖形，輕松表達仿真數據結果，為用戶實現高級仿真處理并提供更好的設計建議。
圖1 Cradle CFD 進行汽車及飛行器外氣動模擬
新能源汽車電驅動系統是指利用電動機將電能轉化為機械能來驅動車輛運行的系統，是新能源汽車的核心部件。該系統的散熱對整車安全和高效運行有重要影響。
展開 
某電驅冷卻系統的一維及三維聯合仿真
圖4 電驅系統中不同元件的流阻曲線
3.3 計算結果
在高溫極限工況（環境溫度為45℃，總發熱功率為8 kW），電驅冷卻系統流量為12 L/min時，散熱器進、出水溫度及進、出空氣溫度隨時間的變化關系如圖5所示，可見電驅冷卻系統在平衡后的最高溫度為111℃。
圖5 12 L/min時溫度變化
電驅冷卻系統流量為14 L/min時，散熱器前后各處溫度隨時間的變化關系如圖6所示，可以看出電驅冷卻系統在平衡后的最高溫度為102℃。
圖6 14 L/min時溫度變化
電驅冷卻系統流量為16 L/min時，散熱器前后各處溫度隨時間的變化關系如圖7所示，可以看出電驅冷卻系統在平衡后的最高溫度為98℃，滿足系統最高溫度低于100℃的要求。因此，可以確認為滿足系統冷卻需求，流量最低應達到16 L/min。
圖7 16 L/min時溫度變化
4 總結
本機型設計開發之初，在僅有設計數模的情況下，首先利用三維仿真求解出相關零部件的性能曲線，這極大地縮減了項目開發周期，同時采用了一維仿真將發動機機艙熱管理簡化，可以進一步縮短仿真時間，最終確定了電機冷卻系統所需的最小流量，并對比了不同流量下對系統溫度的影響。
參考文獻
[1] HAYES G J,GOODARZI G A.電驅動系統:混動、純電動與燃料電池汽車的能量系統、功率電子和傳動[M].劉亞彬,譯.北京:機械工業出版社,2021.
[2] 余建祖.換熱器原理與設計[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.
[3] 袁俠義,谷正氣,楊易,等.汽車發動機艙散熱的數值仿真分析[J].汽車工程,2009(9):843-847,857.
展開 《AFM》湖大陳鼎、南科大鄔蘇東、寧波所林正得：石墨烯納米壁基柔軟自膠粘熱界面材料，用于高效微電子冷卻
研究結果為未來的研究提供了見解，以制造具有最佳填料結構設計的高性能 TIM，以實現電子/光電設備的高效冷卻。
參考文獻
doi.org/10.1002/adfm.202104062
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高分子材料科學
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CFD專欄丨透平冷卻一維流體仿真
為避免高溫高壓燃氣通過輪緣之間的間隙入侵到腔室內部，必須采用冷空氣對渦輪盤間隙冷卻和密封。過多的冷氣會降低發動機性能，過少的冷卻則會造成過熱。
研究表明：入侵的燃氣濃度增加1%會降低動盤50%壽命。而封嚴冷氣減少50%，發動機效率提高0.5%，油耗降低0.5%。采用一維仿真計算可以獲得最佳的冷卻效果。
基于Fluent輪轂電機自然冷卻仿真 ￥220
Fluent輪轂電機自然冷卻仿真
源文件加制作過程錄屏，源文件是workbench，包括幾何，網格，設置跟結果。錄屏是全過程錄屏，包括幾何處理，網格劃分，計算設置跟后處理，錄屏沒有聲音，關鍵步驟錄屏中有文字
平臺軟件：
Ansys 2020版本
