自然冷卻熱仿真的案例
基于Simdroid-EC的油冷變壓器自然冷卻熱仿真
圖18 散熱片切面的速度矢量圖分布
圖18為散熱器翅片內(nèi)冷卻油的速度矢量圖，可以看出，冷卻油在自然冷卻的作用下，在油箱內(nèi)部自下而上流動(dòng)，然后流入兩側(cè)散熱片上部的集流槽，接著再向下流動(dòng)，最終由下側(cè)的急流槽回流至油箱。而在流動(dòng)過(guò)程中，外側(cè)空氣則與散熱片及油箱外側(cè)殼體進(jìn)行自然冷卻，最終達(dá)到熱平衡。
關(guān)于Simdroid-EC
基于伏圖平臺(tái)開(kāi)發(fā)的針對(duì)電子元器件、設(shè)備等散熱的專(zhuān)用熱仿真模塊，內(nèi)置電子產(chǎn)品專(zhuān)用零部件模型庫(kù)，支持用戶(hù)通過(guò)“搭積木”的方式快速建立電子產(chǎn)品的熱分析模型，并利用成熟穩(wěn)定的算法計(jì)算流動(dòng)與傳熱問(wèn)題，對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行高效的熱可靠性分析；可廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、電子產(chǎn)品、半導(dǎo)體產(chǎn)品與設(shè)備、汽車(chē)、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。了解Simdroid-EC（伏圖-電子散熱模塊）更多信息及申請(qǐng)?jiān)囉?/span>
展開(kāi) 操作技巧- Fluent自然對(duì)流冷卻仿真注意事項(xiàng)
根據(jù)用戶(hù)們向Ansys流體技術(shù)團(tuán)隊(duì)反饋的在自然對(duì)流冷卻仿真過(guò)程中存在的問(wèn)題，Ansys工程師做了系統(tǒng)的解答匯總。以下知識(shí)點(diǎn)雖然都是在Fluent中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，但方法是普適的，在其它CFD軟件中計(jì)算時(shí)同樣需要注意，希望對(duì)大家有所幫助。
關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)匯總
?網(wǎng)格方面：空氣域需要有邊界層網(wǎng)格，且最大長(zhǎng)寬比不宜超過(guò)40
?求解器方面：需要使用雙精度求解器
?打開(kāi)重力
?物性密度方面
‐Incompressibleideal gas->指定操作密度
‐Boussinesq：要求溫度變化較小（<20%）; 指定操作溫度
?壓力空間離散格式: body force weighted 或者Presto!
?需要計(jì)算非穩(wěn)態(tài)時(shí)間常數(shù)，時(shí)間步長(zhǎng)取其1/4左右
?P-V耦合
‐推薦使用coupled; CFL設(shè)置為100，密度松弛因子0.8
‐simple也可以計(jì)算
?初始時(shí)使用一階算法，穩(wěn)定后切換到二階
?Bodyforce 松弛因子不宜大于0.5
?必要時(shí)可關(guān)閉溫度的二階梯度
以下是對(duì)上述點(diǎn)具體實(shí)現(xiàn)的描述：
在WTM中可實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)寬比生成的控制
打開(kāi)重力
物性密度操作
壓力離散格式
時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算
PV耦合
關(guān)閉溫度二階梯度
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來(lái)源：Ma Shihu，Jing Wenming，Ansys 流體大本營(yíng)
展開(kāi) 基于Fluent輪轂電機(jī)自然冷卻仿真 ￥220
Fluent輪轂電機(jī)自然冷卻仿真
源文件加制作過(guò)程錄屏，源文件是workbench，包括幾何，網(wǎng)格，設(shè)置跟結(jié)果。錄屏是全過(guò)程錄屏，包括幾何處理，網(wǎng)格劃分，計(jì)算設(shè)置跟后處理，錄屏沒(méi)有聲音，關(guān)鍵步驟錄屏中有文字
平臺(tái)軟件：
Ansys 2020版本
仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對(duì)流換熱系數(shù)仿真估算
仿真模型
導(dǎo)語(yǔ)
據(jù)悉，為研究鋰離子電池熱特性機(jī)理，針對(duì)電池表面自然對(duì)流換熱系數(shù)展開(kāi)研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了電池基本生熱參數(shù)并以此建立了單體鋰離子電池生熱模型，仿真分析了恒溫條件下不同放電電流的表面自然對(duì)流換熱系數(shù)。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)乘用車(chē)輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池舒適溫度需要控制在20~35 ℃之間，溫度過(guò)高時(shí)，其不可逆反應(yīng)加劇容易產(chǎn)生自放電、熱失控等安全事故；溫度過(guò)低，則會(huì)使其容量和功率發(fā)生明顯下降。
因此，為了改善電動(dòng)汽車(chē)單電池及電池成組后的安全性能，需建立較精確熱仿真模型，以此來(lái)預(yù)測(cè)動(dòng)力鋰離子電池內(nèi)部溫度分布狀況及熱傳遞過(guò)程，從而精確分析出鋰離子電池熱失控因素。
01
導(dǎo)讀
目前，國(guó)內(nèi)外均針對(duì)鋰離子電池熱模型和熱行為進(jìn)行了相關(guān)研究。早期美國(guó)D.Bernardi等[1]通過(guò)研究電池溫度特性提出了電池生熱率模型，之后通過(guò)研究人員的不斷發(fā)展研究，鋰離子電池熱模型已經(jīng)呈現(xiàn)多維度趨勢(shì)發(fā)展；
Chen等[2]通過(guò)研究電池三維分層電化學(xué)-熱耦合模型仿真驗(yàn)證了單體電池和成組電池包溫度分布的真實(shí)性；Lopez等[3]通過(guò)熱濫用模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了圓柱電池熱響應(yīng)能力比棱柱電池小；Chacko等[4]將電-熱模型應(yīng)用到恒流勻速和變電流工況中，研究發(fā)現(xiàn)變電流對(duì)電池溫升影響較高。
本文在前人研究基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)仿真中將對(duì)流換熱系數(shù)、電壓溫度系數(shù)設(shè)定為常數(shù)，通過(guò)變化的電壓溫度系數(shù)來(lái)估算對(duì)流換熱系數(shù)，以此來(lái)達(dá)到更高的溫度仿真精度。
展開(kāi) 
盒式自然散熱產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)和熱仿真方法 ￥29.9
對(duì)于室內(nèi)封閉的盒式自然散熱產(chǎn)品，熱量終歸要全部通過(guò)外殼散失到空氣中去。目前絕大多數(shù)電子產(chǎn)品，仍然采用自然散熱設(shè)計(jì)。本文檔以一個(gè)盒式設(shè)備為例，從需求分析，到中間各環(huán)節(jié)的散熱方案改進(jìn)做了詳細(xì)闡述，并列示了這類(lèi)產(chǎn)品熱仿真設(shè)置關(guān)鍵注意事項(xiàng)。
文檔還論述了一種新型散熱方案的巨大優(yōu)勢(shì)。
自然散熱管腳類(lèi)器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
另，PCB板一般是多層板,由絕緣材料(聚合體材料或FR4)構(gòu)成和幾層銅板構(gòu)成，因此層數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致PCB板間的用銅量不同，其導(dǎo)熱系數(shù)也會(huì)因此不同，然而我們可以根據(jù)下式計(jì)算出不同層數(shù)的PCB板的導(dǎo)熱系數(shù)：
k沿板面=∑(kiti)/∑ti
k沿板厚=∑ti/∑(ti/ki)
ki=fi*kcu or ki= kFR4
fi=銅層含量
k=層的熱傳導(dǎo)率（W/(mK)）
t=層的厚度（m）
常用多層PCB板通常有4-10個(gè)銅層，因此計(jì)算其導(dǎo)熱系數(shù)大概取值范圍為：
沿板面27 W/(mK) ~68.6W/(mK)
沿板厚0.3 W/(mK)
之前的仿真中，PCB板的導(dǎo)熱系數(shù)均按照沿板面27 W/(mK)，沿板厚0.3 W/(mK)的參數(shù)設(shè)置。為了考察不同層數(shù)的PCB板導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)仿真結(jié)果的影響，改變PCB板導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)同樣三種類(lèi)型（單管腳、雙管腳1、雙管腳2）的二極管進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：
模型1.9
模型1.10
模型1.11
對(duì)比之前溫度：
導(dǎo)熱系數(shù)27 W/(mK)
(沿板面)
導(dǎo)熱系數(shù)為68.6 W/(mK)
(沿板面)
單管腳模型
自然散熱管腳類(lèi)器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
72.8℃
69.8℃
雙管腳1模型
自然散熱管腳類(lèi)器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
66.7℃
64.7℃
雙管腳2模型
自然散熱管腳類(lèi)器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
66.6℃
64.9℃
通過(guò)對(duì)比不同的PCB板導(dǎo)熱系數(shù)所得值可以看到，在三種模型下算得的溫度均相差不大（溫差在2℃之內(nèi)），因此根據(jù)以往的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)來(lái)看不需要再改動(dòng)參數(shù)即可較好的吻合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
綜上總結(jié)自然散熱管腳類(lèi)器件flotherm仿真經(jīng)驗(yàn)如下：
1.
展開(kāi) 基于內(nèi)部通道冷卻的渦輪葉片熱應(yīng)力仿真 ￥5
在渦輪機(jī)行業(yè)，用流體冷卻渦輪葉片是常見(jiàn)的做法 流經(jīng)冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片失效。
在典型的熱應(yīng)力分析中，溫度被計(jì)算出來(lái)，然后應(yīng)用為 應(yīng)力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過(guò)對(duì)共軛傳熱進(jìn)行建模 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計(jì)算資源。CFD 的降階模型，假設(shè)一維流 通過(guò)孔，可以提供一種廉價(jià)的解決方案，而不會(huì)造成重大損失 準(zhǔn)確性。由于通過(guò)冷卻孔的質(zhì)量流量是已知的，因此經(jīng)驗(yàn) 薄膜系數(shù)的關(guān)系可用于模擬來(lái)自 刀片到流體。
紅外加熱爐冷卻通道設(shè)計(jì)及熱-流耦合仿真 ￥1000
紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術(shù)進(jìn)行加熱的熱處理設(shè)備。它通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達(dá)到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對(duì)紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，而無(wú)需通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鱽?lái)傳遞熱量。當(dāng)物體暴露在紅外輻射源附近時(shí)，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內(nèi)部溫度升高。
本案例設(shè)計(jì)建立了一紅外加熱爐，并對(duì)模型進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化處理，基于COMSOL軟件的多物理場(chǎng)耦合相關(guān)模塊，仿真了爐內(nèi)物體的加熱和冷卻過(guò)程。模型圖和仿真結(jié)果如下所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
電機(jī)殼體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱仿真分析
電機(jī)殼體螺旋形冷卻通道熱仿真分析
本文采用Fluent抽取水道結(jié)構(gòu)模型，獲得水道流體體積為0.46L。
自然散熱終端和復(fù)雜機(jī)柜熱設(shè)計(jì)優(yōu)化思路 & 仿真精度提升討論 ￥49.8
講述內(nèi)容為：
自然散熱終端產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)思路；
自然散熱仿真要點(diǎn)；
強(qiáng)迫風(fēng)冷產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)思路；
復(fù)雜強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)簡(jiǎn)化分析方法；
熱仿真精度影響因素和具體提升方法。
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