散熱風扇的案例
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，進而調整并優化成型條件，成功達到節約成本、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
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范，勢必為優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，黃色區域為保壓結束時溫度，仍高于230℃，此局部高肉厚區域容易因為內部積熱而導致產品塑料收縮不均。
展開 4/21 Ansys電子散熱風扇葉片優化
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化功能。針對不同類型的散熱風扇，Ansys提供基于OptiSLang的參數化葉型優化方法和基于Fluent的無參伴隨求解優化方法，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。
【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出大家的創意靈感，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 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，并將熱參數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格來使用的。環境溫度最大值為50℃，根據現場環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 
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，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 基于AMESim的PEMFC冷卻系統建模與控制研究
圖5 冷卻系統的AMESim模型
2 控制器設計
傳統的冷卻系統一般通過調節散熱風扇的轉速達到控制電堆溫度的目的，但單獨調節散熱風扇轉速的效果是有限的，可能造成調節時間過長、超調量過大等問題。本文中建立的電子三通閥模型和散熱風扇均為可控對象，電子三通閥的作用是直接改變大小循環的冷卻液體積流率分配，而散熱風扇的作用則是直接增大通過散熱器的空氣流速。根據式（4）可知，兩者均可以影響系統整體的散熱量，若能協同控制則有助于提高電堆溫度控制效果。然而，兩者之間存在較強的耦合作用。本文將以電子三通閥和散熱風扇為控制風扇，研究合理的溫度協同控制算法，將電堆入口冷卻液溫度控制在68℃附近。
2.1 PID控制
PID控制是一種理論簡單、易于實現、無需控制對象的精確模型的控制方法，目前已廣泛用于工業生產中。PID控制由比例、積分、微分3個環節組成，其形式可表示為：
式中：e（t）為第t時刻的溫度誤差。
實際應用中，由于系統中往往存在噪聲，而微分環節對噪聲非常敏感，容易放大噪聲的影響，導致系統失控。因此，本文選用PI控制器對控制對象進行控制。由于冷卻系統中存在兩個控制對象，而PI控制通常適用于單輸入單輸出的情況，因此需要針對電子三通閥和散熱風扇分別設計雙PI控制器，如圖6所示。
圖6 雙PI控制器原理
2.2 模糊增量控制
模糊控制是一種智能控制方法，能夠充分利用人類專家經驗制定推理規則。相比傳統控制方法，模糊控制具有更佳的控制性能，非常適用于非線性，大滯后對象的控制。同時，模糊控制器可以用于多輸入輸出問題。本文將模糊控制用于冷卻系統的控制，和PI控制相比，只需設計1個模糊控制器即可得到2個輸出，實現對電子三通閥和散熱風扇的協同控制。
展開 Flotherm在模塊散熱影響方面的應用
（轉）
摘要：本文應用Flomerics公司的Flotherm電子設備熱設計仿真軟件來研究風扇出風口與散熱器間的距離對模塊散熱的影響，通過監測散熱器齒片間流場的均勻度及關鍵功率器件處散熱器表面的溫升，合理控制熱設計冗余，來確定出風扇出風口與散熱器間的最佳距離，為電源產品的結構設計提供可行的解決方案。
關鍵詞：風扇散熱器最佳距離流場
1．前言
隨著電源技術的不斷進步，電源類產品功率密度不斷地提高，電源類產品體積也大大縮小了。產品體積不斷的縮小，要求產品結構必須緊湊，而熱設計又制約著結構設計，在滿足熱設計要求的前提下，通過合理、正確地空間布局，最大限度的壓縮電源產品的空間以提高模塊的功率密度恰好是熱設計優化的主要任務。
在強迫吹風冷卻情形下，由于風扇旋渦swirl存在，散熱器與風扇間的距離對其流場均勻度影響較大，理論上，當散熱器與風扇間的距離的距離足夠大時，風扇旋渦 swirl 對流場的影響較小，然而在產品設計中，由于體積的限制，不可能允許散熱器與風扇間的距離太大，換句話說，風扇旋渦swirl對散熱的影響是一定存在的，本文利用FLOTHERM熱仿真分析軟件，通過合理控制熱設計冗余，力求得出一個較合理的風扇與散熱器的距離，為電源產品的結構設計提供借鑒。
2．仿真分析模型
下圖為吹風冷卻時風扇出風口與散熱器間距離對模塊散熱影響研究的仿真分析模型。
在該模型中，冷卻空氣入口溫度，也即是模塊工作的環境溫度為40C。系統采用三個外形直徑為150.0mm，HUB直徑為75.0mm軸流風扇作為該模塊的冷卻風扇，在改變風扇與散熱器間的距離時，僅僅延伸求解域的大小，不改變該模型中散熱器的結構尺寸、功率元器件的大小、布置位置以及散熱器部分的網格劃分，力圖使不同模型間的維一差異為風扇與散熱器間的距離。
展開 汽車的冷卻系統，這樣子解釋一目了然
4)散熱器
發動機工作時，冷卻液在散熱器芯內流動，空氣在散熱器芯外通過，熱的冷卻液由于向空氣散熱而變冷。散熱器上還有一個重要的小零件，就是散熱器蓋，這小零件很容易被忽略。隨著溫度變化，冷卻液會“熱脹冷縮”，散熱器器因冷卻液的膨脹而內壓增大，內壓到一定時，散熱器蓋開啟，冷卻液流到蓄液罐；當溫度降低，冷卻液回流入散熱器。如果蓄液罐中的冷卻液不見減少，散熱器液面卻有降低，那么，散熱器蓋就沒有工作！
5)散熱風扇
正常行駛中，高速氣流已足以散熱，風扇一般不會在這時候工作；但在慢速和原地運行時，風扇就可能轉動來助散熱器散熱。風扇的起動由水溫感應器控制。
6)水溫感應器
水溫感應器其實是一個溫度開關，當發動機進水溫度超出90℃以上，水溫感應器將接通風扇電路。如果循環正常，而溫度升高時，風扇不轉，水溫感應器和風扇本身就需要檢查。
7)蓄液罐
蓄液罐的作用是補充冷卻液和緩沖“熱脹冷縮”的變化，所以不要加液過滿。如果蓄液罐完全用空，就不能僅僅在罐中加液，需要開啟散熱器蓋檢查液面并添加冷卻液，不然蓄液罐就失去功用。
四、冷卻系統的作用
發動機工作時，氣缸內的氣體溫度可高達1727℃~2527℃，若不及時冷卻，將造成發動機零部件溫度過高，尤其是直接與高溫氣體接觸的零件，會因受熱膨脹影響正常的配合間隙，導致運動件受阻甚至卡死。此外，高溫還會造成發動機零部件的機械強度下降，使潤滑油失去作用等。冷卻系的主要功用是把受熱零件吸收的部分熱量及時散發出去，保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作。
展開 工程塑料PBT性能分析
散熱風扇
PBT 的第二大用途是使用在散熱風扇，散熱風扇是置于機器內長時間旋轉以幫助散熱， 對塑料物性要求有耐熱、難燃、絕緣性及機械強度，PBT 通常以加纖 30%的形式應用作 為散熱風扇之外框及扇葉
繞線軸（bobbin）
PBT 的第三用途是作為變壓器、繼電器內的繞線軸，一般以 PBT 加纖 30%射出成形。繞線軸要求的物性包括絕緣性、耐熱性、耐焊钖性、流動性、強度等，適用材料有酚醛 樹脂、PBT、PA6、PET。
酚醛樹脂的性質都不錯，但其成型性不及 PBT，因此尺寸小， 形狀復雜的產品都采用 PBT 樹脂，雖 PBT 焊钖耐熱性差，但其環保意識較高的歐美日 等國，有增加采用可回收 PBT 之趨勢。
展開 為什么電機有變頻器保護還會燒毀？
一、為什么變頻器會燒毀電機
普通異步電機的散熱是靠電機屁股后面的風扇吹風散熱，如果長時間低頻運行(就是長時間運行在電機的額定頻率以下，電機轉速低風扇吹的風量就小，從而使電機散熱不良，太熱了就會燒毀電機。電機有問題了電機電流就會增大。超過變頻器的最大電流，變頻器就會實施保護停止輸出同時報一個故障代碼告訴用戶。
變頻器顯示OC就是過電流的意思。解決的辦法是把電機換成變頻專用電機，或者給電機加裝一個散熱風扇。或者是換功率大一點的電機。
二、燒機技術解讀
“燒電機的變頻器，基本上都是匝間短路、相間短路及對地短路，為什么變頻器容易燒電機，而且大部分還是變頻電機，與哪些技術指標有關系?”
在工頻供電情況下，電機繞組輸入的是三相50Hz的正弦波電壓，繞組產生的感生電壓也較低，線路中的浪涌分量較小。
在變頻 供電情況下，變頻器逆變部分將直流電壓轉換為三相交流電壓，通過控制六個橋臂的開關元件導通，關斷，來實現三相交流電壓的輸出。接入變頻器后，載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。電壓變化率dv/ dt 的增加，使得電機繞組匝間電壓變化率dv/ dt 很高，繞組電壓分布變得很不均勻，電機的供電條件由此變得“惡劣”了。使繞組匝間短路的故障增加，電機故障率增加。變頻器輸出的PWM波形，在電機繞組供電回路中，還會產生各種分量的諧波電壓。由電感特性可知，流過電感電流的變化速度越快，電感的感生電壓也越高。
電機繞組的感生電壓比工頻供電時升高了。在工頻供電時暴露不出的絕緣缺陷，因不耐高頻載波下感生電壓的沖擊，于是繞組匝間或相間的電壓擊穿產生了。
展開 Simdroid-EC助力控制柜高效散熱設計
</p><p class="ql-align-center"><img src="https://2023.ibe.cn/wp-content/uploads/2025/01/2025011306131162.png" height="476" width="700"></p><p class="ql-align-center">圖2 工業控制柜</p><p>目前，各行業領域普遍采用散熱風扇對控制柜類進行溫度控制，并且制定了詳實的標準以限制柜體表面、元件局部的溫升。風扇散熱屬于強迫對流換熱的一種，其本質是以風扇作為動量源，強化流-固接觸面的對流換熱效應，高效帶走固體表面的熱量，以達到控制溫升、提高元器件熱可靠性的效果。</p><p><strong>伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）</strong>能夠為各種非標部署形式的控制柜建立系統級的熱模型，詳細模擬系統表面的溫升、內部器件的溫升、空氣或其他散熱介質的流動情況，并針對各種復雜工況開展熱分析與優化，保障熱設計方案安全達標。</p><p> </p><p class="ql-align-center"><strong>Simdroid-EC功能亮點</strong></p><p>Simdroid-EC是基于伏圖（Simdroid）平臺開發的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，提供傳熱分析、流場分析以及穩態&瞬態分析功能，能夠進行自然冷卻、強迫冷卻及混合冷卻分析，同時具備變化功耗和變化環境的瞬態分析能力，適用于控制柜散熱設計評估。</p><p>本文通過某IP67等級的密閉控制柜熱設計案例來說明Simdroid-EC的功能亮點。</p><p><strong>1.
展開 
為什么有變頻器，電機也會燒？這樣的故障如何才能避免？
一、為什么變頻器會燒毀電機
普通異步電機的散熱是靠電機屁股后面的風扇吹風散熱，如果長時間低頻運行(就是長時間運行在電機的額定頻率以下，電機轉速低風扇吹的風量就小，從而使電機散熱不良，太熱了就會燒毀電機。電機有問題了電機電流就會增大。超過變頻器的最大電流，變頻器就會實施保護停止輸出同時報一個故障代碼告訴用戶。
變頻器顯示OC就是過電流的意思。解決的辦法是把電機換成變頻專用電機，或者給電機加裝一個散熱風扇。或者是換功率大一點的電機。
二、燒機技術解讀
“燒電機的變頻器，基本上都是匝間短路、相間短路及對地短路，為什么變頻器容易燒電機，而且大部分還是變頻電機，與哪些技術指標有關系？”
在工頻供電情況下，電機繞組輸入的是三相50Hz的正弦波電壓，繞組產生的感生電壓也較低，線路中的浪涌分量較小。
展開 2021年春季----電子產品散熱理論設計與ANSYS ICEPAK仿真實戰技術高級培訓班招生簡章
ICKPAK 軟件的收斂判斷標準
第二天：9:00-12:00
（熱設計常用散熱物料的選型和優化設計）
1.風扇選用與設計
-散熱風扇之初識風扇PQ曲線
-散熱風扇之什么是動壓
-散熱風扇之什么是靜壓
-散熱風扇之什么是全壓
-如何進行風扇的選型
2.界面材料選用與設計
-熱界面材料之什么是熱界面材料
-熱界面材料之認識熱界面材料填料
-熱界面材料之熱界面材料的分類
-熱界面材料之認識不同類型熱界面材料的特性與應用特點
-熱界面材料之各類熱界面材料的優缺點比較
-熱界面材料之如何計算兩個接觸面中TIM的厚度
-熱界面材料之如何優化兩個界面接觸熱阻
-熱界面材料之如何評估兩個物體界面是否需要增加TIM（界面材料）
3.導熱灌封材料選用原則
-導熱灌封膠之導熱灌封材料的基礎知識
-導熱灌封膠之常用灌封膠的特點與應用范圍
-導熱灌封膠之灌封材料性能要求及固化前后性能評價
-導熱灌封膠之環氧樹脂系灌封材料的特性與應用特點
-導熱灌封膠之聚氨酯系灌封材料的特性與應用特點
-導熱灌封膠之(導熱)硅膠系灌封材料的特性與應用特點
-導熱灌封膠之常用灌封膠材料的綜合特點與性能比較
4.散熱熱管與均溫板選用原則
-散熱熱管之熱管的工作原理
-散熱熱管之什么是熱管的Qmax
-散熱熱管之熱管安裝傾斜角度對性能的影響
-散熱均溫板之均熱板的基本特點
-散熱均溫板之均溫板的工作原理
-散熱均溫板之什么是均溫板的Qmax
第二天：14:00-18:00
（理論計算實例講解與仿真實例講解）
1.自然對流理論計算
-自然對流之自然散熱系統的設計思路步驟
-自然對流換熱的層流與湍流
-自然對流之什么是瑞利
展開 4/26 Ansys電子散熱風扇葉片優化
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效果，加快產品迭代，提高行業領先性。
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。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 改善機箱系統內的氣流組織。
② 重新設計機箱系統以使用更大的風扇。
③ 修改機箱系統以并行使用兩個或多個風扇。
④ 修改機箱系統以使用兩個或更多風扇系列。
通常，通過改善機箱系統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以接受更大的風扇。這允許選擇與機箱系統要求相匹配的風扇。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內的空氣流量。此外，備用風扇的設計可用于提高機箱系統可靠性。
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，并且可能只為系統的冷卻提供很少的改善。
風機并聯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。如果機箱系統具有高靜壓，則這種布置增加的流量比較少。兩個風扇串聯將使得靜壓加倍，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，可以進一步增加風扇的靜壓。
風機串聯P-Q曲線的修改
另外，并聯串聯的多個風扇對機箱系統本身的散熱影響也不容忽視。
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