散熱仿真設計的案例
新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與熱仿真管理分析
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展開 TEC 半導體制冷片的特性與散熱理論設計、仿真
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展開 高熱密度板卡模塊高效散熱設計研究
摘 要：隨著信息化與電子技術不斷突破創新，電子板卡模塊功耗升高，呈現高熱密度特點，帶來的高溫環境對板卡模塊的穩定性造成了較大的影響，其散熱問題逐漸凸顯。本文利用導熱塊、熱管和散熱冷板構建高效散熱路徑，實現均衡熱量分布并高效散熱的設計目的，采用FLOTHERM軟件建立熱仿真模型，確定板卡模塊在典型功耗和最大功耗工況下的強迫風冷環境的風速要求，可為同類型高熱密度板卡模塊散熱設計提供參考。
關鍵詞：高熱密度;板卡模塊;散熱設計;傳導散熱;熱仿真;
引言
近年來，隨著信息化與電子技術不斷突破創新，電子裝備功能性能持續提升，迎來快速發展期[1]。與之相匹配的電子板卡模塊也呈現出標準化、模塊化和集成化的特點，其中，標準化接口的VPX高密度集成板卡由于其便于快速插拔和優異的互換性[2]，受到越來越多的客戶選擇。伴隨功能性能的不斷提升，也推高了板卡模塊的功耗，帶來的高溫環境對板卡模塊的穩定性造成了較大的影響，板卡模塊的散熱問題越來越突出[3]。
本文以高熱密度標準VPX板卡模塊為例，利用導熱塊、熱管和散熱冷板構建高效散熱路徑，將主要功率器件與導熱塊貼合，再通過熱管將功率器件熱量快速傳導至散熱冷板的冷端，實現均衡熱量分布并高效散熱的設計目的。同時，采用FLOTHERM軟件建立熱仿真模型，通過熱仿真軟件進行熱仿真迭代分析，優化的散熱設計方案，確定板卡模塊在典型功耗和最大功耗工況下的強迫風冷環境的風速要求，對同類型的高熱密度板卡模塊散熱設計具有較強的參考意義。
展開 盒式自然散熱產品散熱設計和熱仿真方法 ￥29.9
對于室內封閉的盒式自然散熱產品，熱量終歸要全部通過外殼散失到空氣中去。目前絕大多數電子產品，仍然采用自然散熱設計。本文檔以一個盒式設備為例，從需求分析，到中間各環節的散熱方案改進做了詳細闡述，并列示了這類產品熱仿真設置關鍵注意事項。
文檔還論述了一種新型散熱方案的巨大優勢。
設計仿真 | 直播預告-電池熱失控仿真與電力電子散熱仿真解決方案
?研究使用風扇、散熱器、水套等的有效冷卻方法。
?用冷卻效率評估水套中的壓力損失考慮變速箱和變速器的熱效應。
通過逆變器的仿真分析案例介紹Cradle CFD的電力電子的快速熱仿真分析解決方案。
基于溫度場仿真的干式變壓器散熱設計
在靠近出風口和進風口的位置，散熱情況較差，查看室內空氣的流速圖可以發現，在距離出口最近的位置，高壓繞組位于頂頭，距離出口位置最近，出風口的位置呈直角，空氣壓強容易受到一定影響，會造成高壓繞組的包封內空氣稀薄，進而影響散熱效果。
圖4 模型邊界設置
圖5 溫度分布情況
基于此，將干式變壓器的箱體出風口位置進行優化設置，將空氣的出口自位置向上位移300mm, 保持出風口的高度不變，進風口的寬度縮小100mm, 箱體的長度增加0.2m, 根據計算的結果，繞組的熱點溫度得到了一定的降低，繞組的平均溫度得到了降低。通過查看空氣流場的流速分布情況，通往出風口的繞組氣流達到120°的角度，說明空氣流動較為順暢。室內循環空氣的流速分布如圖6所示。
圖6 室內循環空氣流場流速分布情況
5 結束語
通過有限元分析建立干式變壓器散熱仿真，得到干式變壓器本體的溫度場的分布情況和干式變壓器的箱體內流場分布情況，發現干式變壓器易產生過熱的部位和影響干式變壓器散熱的因素，并針對性地進行仿真和結果優化仿真，可有效降低變壓器的易熱點溫度。同時根據仿真情況對干式變壓器箱體的出風口位置進行優化，并經過試驗驗證，通過優化出風口的位置設置，可有效改善干式變壓器的散熱情況，這對同類型產品的散熱設計具有一定參考價值。
參考文獻
[1] 田慕琴，朱晶晶，宋建成，等.基于流固耦合分析的礦用干式變壓器溫度場仿真[J].高電壓技術，2016,42(12):3972-3981.
[2] 王珊珊，肖黎，廖才波.110kV環氧澆注干式變壓器流體-溫度場的有限元仿真計算[J].變壓器，2016,53(1):1-5.
[3] 吳紅菊，賀銀濤.基于溫度場仿真分析的干式變壓器散熱設計[J].機電工程技術，2019,48(8):183-185.
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。
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展開 研討會報名 | 電子散熱設計仿真技術專題
? 把脈汽車電子、通訊電子產品熱設計遇到的問題
? 掌握汽車電子、通訊電子產品熱仿真、熱測試的完整方案與流程
? 深入了解汽車電子、通訊電子熱仿真工具及能力
? 獲悉汽車電子、通訊電子系統數字孿生相關進展
隨著各行業電子產品的發展，除了大型的服務器，當前移動設備都趨向小型化的發展趨勢，散熱設計的空間非常有限，使得熱設計在產品設計與制造過程中成為關鍵。
對于通訊行業來說，隨著無線通信設備的不斷發展，要求封裝散熱性能更加出色以應對高密度、高功率的集成電路。
對于汽車來說，電子產品的增多與功率密度的不斷增大，熱設計需考慮到材料改進、狹小車載空間風道的合理設計、散熱設備的設計與選型等。
安世亞太特此面向汽車電子、通訊電子行業電路/電氣/結構/熱設計工程師及設計部門經理籌辦本次電子熱設計技術專題研討會。會上將著重于汽車、通訊行業的電子散熱內容。其中包括熱測試技術、熱仿真技術、熱設計的綜合解決方案，對封裝，PCB最先進的熱測試技術進行分享和交流。同時也將詳細介紹封裝級、板機、模組級、系統級別的熱設計仿真優化與多物理場，并對眾多汽車、通訊行業電子散熱設計中遇到的問題與解決方案進行分享。
展開 電池熱管理系統散熱結構的設計和仿真
為了更加有效地控制電動汽車電池的工作溫度，研究了一種鋁板/相變材料/液冷電池熱管理系統散熱結構，采用CFD 軟件模擬仿真。研究了鋁板厚度、水管數量、質量流量、導熱系數、相變溫度和進水溫度等因素對電池散熱的影響。通過對電池溫度場的模擬仿真，合理控制因素之間的相互影響，將參數取值進行優化，使電池的最高溫度和最大溫差能夠控制在44．19 ℃和3．18℃，此溫度能夠很好地滿足電池的工作溫度，表明鋁板/相變材料/液冷相結合的新型散熱結構能夠較好地控制電池的溫度均勻性和有效性。
1 建立模型
電池的整體結構如圖1 所示。鋁板緊貼電池體，均勻插入圓形水管的相變材料貼在鋁板之后，并且選用導熱系數高、密度小的鋁來作為水管材料。可以看出，模型具有對稱性，為了縮短模擬仿真時間，本文僅僅仿真了模型的1 /4 部分。幾何尺寸和物理參數參考了研究較為成熟的電池單體，如表1 所示。為了研究濫用條件時電池的性能，電池以放電倍率5C 進行放電，因此仿真時間為720 s，并且根據現有學者研究成果，此放電倍率下的電池發熱功率約為200 kW/m2。為了便于研究，本文設定冷卻水是不可壓縮的層流，并且由于輻射換熱部分的熱量相對較小，因此不考慮輻射換熱。由于相變材料的性質比較穩定，忽略相變材料在融化和凝固時的各種變化。本文利用仿真軟件ANSYS FLUENT16．0 進行模擬。
通常情況下，考慮電池處于絕熱環境中時，電池在放電過程中的產熱率Q( 單位: W) 可通過下式計算得出:
電池在放電的同時也會吸收一定的熱量，這部分熱量
相變材料吸收的熱量
在組合模型電池熱管理系統中，冷卻水帶走的熱量
空氣會產生一定的自然對流，電池產生的一部分熱量會被空氣帶走。
展開 中興：基于Icepak的智能家端產品散熱結構設計與優化
痛點問題與解決思路
創建仿真散熱結構設計平臺
平臺簡介
平臺流程
平臺可靠性驗證流程
項目1首次仿真與實測
項目2仿真實測再次驗證
項目實踐-降成本
光路由器方案仿真指導設計
光路由器原始方案與方案1仿真分析
光路由器方案2與方案3仿真分析
光
路由器方案4與方案5仿真分析
光路由器最終方案仿真與實測總結
路由器2原始方案仿真與實測分析
路由器2三種裁剪方式仿真與實測對比
項目實踐總結
設計優勢
仿真快速、準確，開發流程已嵌入仿真，通過光路由器仿真數據可以看出，主要芯片溫度仿測溫差最大在2.8度，最小在0.3度，仿測趨勢一致，準確度高，仿真僅需45。
存在問題
對于較復雜的項目仿測差異較大，這是由于仿真參數不準確，仿測環境有差異有關，需要根據具體情況多次調試才能仿測一致。
后續需要研究的方向
1、溫差偏大問題的研究，主要分成三個方面：
2、充分發揮熱仿真在產品設計中的作用：
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。
展開 
熱仿真加快垂直/水平兩用散熱片設計
Crane Aerospace使用Flotherm熱仿真軟件
研發一種新型航空電子垂直/水平兩用散熱片
Crane航空&電子公司使用Flomerics公司的Flotherm熱仿真軟件研發一種在垂直或水平方向工作的新型散熱片。該散熱片是為一商用航空公司的直流電子系統設計。使用傳統的設計和測試方法研發出一種全新的符合規格要求的散熱片需投入長時間。然而Crane公司工程師Mark Resler利用熱仿真軟件模擬了不同的散熱片結構，并最終選取一款性能最好并能配置于固定板或支架上的與眾不同的設計。
通常這種系統會使用在機身外墻的翅式散熱片。在本案例中，散熱片原本的設計規格是在水平或垂直位置工作但不是垂直/水平兩用。Resler與其他Crane工程師集體研討并設計了六種不同的散熱片構造，分別為：1）片式直立型；2）短翅型；3）長翅性；4）45度翅型；5）短凹凸翅型帶外環法蘭；6）45度翅型帶外環法蘭。傳統評估以上概念的方法是分別建模和測試各性能。該方法成本昂貴，時間消耗久并可能導致無法按時交出產品。
利用Flotherm的熱仿真使得Resler在相比較低的成本下可迅速評估大量的設計概念。“Flotherm迅速生成模型并能便捷地更改邊界條件、環境條件和重力方向。”Resler說：“我利用這些功能從不同高度和不同周圍溫度為六個概念建模。”Resler利用Flotherm生成列陣功能迅速生成這些模型。
Resler為每一設計做垂直方向和水平方向兩次仿真。仿真結果顯示片式直立型設計在垂直和水平兩方向均表現出最好性能。之后Resler再次模擬了片式直立型散熱片的性能以探討支架最合理的長度。
展開 熱仿真在電機設計和減少散熱器重量中的應用
設計一款采用了線性同步電動機(LSM)的垂直升降電梯。AnJen Solutions 對LSM散熱器的重量和熱特性進行了分析。AnJen Solution 的Michael Rigby 說：“FLOTHERM 對散熱器和LSM支撐結構之間的導熱量以及進入到空氣中的熱量提供了詳細的信息，仿真的結果表明通過減少翅片數和改變翅片間距和厚度可以達到與最初設計方案相同的效果，但散熱器的重量僅僅為最初方案的1/3 。”
軌道的熱負荷和垂直方向的形式都要求比水平放置的形式進行更為詳細的熱仿真。這是因為垂直方向的形式會導致換熱系數發生變化，同時也會提高周圍環境空氣溫度。此外LSM材料的溫度也是一個限制因素。
CFD 軟件的優勢在于能夠模擬LSM 周圍的空氣流動，從而使精確預測對流換熱量成為可能。Flomerics公司的FLOTHERM 軟件是專門為仿真電子和電氣產品熱特性而開發的。Rigby說：“FLOTHERM 具有自動優化、簡化模型等許多強大的功能，這一切都可以大大提高的散熱性能和減少產品研發時間。軟件強大的功能使散熱器的優化成為可能，而散熱器重量的減少正是我們所需要的，因為MagneMotion的客戶對LSM 的總重量特別關注。”
FLOTHERM完全解決了產品的散熱問題，這其中不僅僅包括了熱量從發動機通過導熱方式經過機械結構和散熱器，而且包括了熱量通過對流的方式從機械結構和散熱器進入到空氣中。FLOTHERM 通過求解浮升力方程來確定由熱負荷所引起的空氣流動。Rigby 通過變化模型中散熱器翅片數和厚度來對11個不同的設計方案進行評估。當翅片數為15 并且翅厚為3 mm 時，可以滿足封裝溫度的限制并且此時的散熱器重量最小。優化之后的散熱器重量為39 磅，與未做優化時候相比重量減少了1/3 。
展開 SIwave IcePak 協同仿真實現電子系統散熱/電磁兼容協同設計
2017年1月10日
20:00 - 21:00 (CST)
注冊 ?
聯系方式：
郵箱：info-china@ansys.com
電話：4008198999
網絡研討會介紹：
為了保證PCB的正常工作，設計者必須通過合適的散熱設計來保證周圍的的溫度變化在半導體器件的承受范圍之內。對于散熱設計工程師而言，其需要準確了解板載大功率芯片工作時產生的熱能分布、焦耳熱分布以及其導致的溫度變化，從而選擇合適的散熱設計。而對于電子設計工程師而言，其需要考慮溫度變化對PCB工作性能的影響。ANSYS最新的SIwave版本中，集成了SIwave-Icepak電熱協同仿真功能，設計者在SIwave一個軟件的界面環境中，就可以同時調用SIwave 直流仿真器和Icepak 三維散熱仿真器，進行電熱耦合分析，得到PCB工作時的電流密度分布以及溫度分布結果，幫助設計者提前評估溫度變化對PCB性能的影響，預判PCB上的溫度分布熱點，以便進行散熱設計。
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展開 自然散熱終端和復雜機柜熱設計優化思路 & 仿真精度提升討論 ￥49.8
講述內容為：
自然散熱終端產品優化設計思路；
自然散熱仿真要點；
強迫風冷產品優化設計思路；
復雜強迫風冷系統簡化分析方法；
熱仿真精度影響因素和具體提升方法。
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