熱設(shè)計與分析
關(guān)注創(chuàng)建者：海ing 創(chuàng)建時間：2018-08-13
熱設(shè)計與分析的視頻教程
從零開始學(xué)散熱——熱設(shè)計角度理解單板和芯片
元器件是熱量的源頭，了解單板和元器件的熱特性，是熱設(shè)計工程師設(shè)計散熱方案的基礎(chǔ)。 網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于芯片封裝的資料很多，但從熱設(shè)計角度分析封裝特性的極少。本資料從熱設(shè)計工程師的角度去理解剖析單板和元器件的特征，為合理設(shè)計外圍散熱方案提供參考。 本視頻內(nèi)容參考書籍《從零開始學(xué)散熱》第五章芯片封裝和電路板的熱特性。
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新能源汽車電池/儲能熱管理結(jié)構(gòu)設(shè)計進階到高階-十大專題50個技術(shù)點掌握熱結(jié)構(gòu)建模核心能力
課程主要從動力電池熱管理以及儲能熱管理分析10個章節(jié)共計42講，來系統(tǒng)得闡述熱結(jié)構(gòu)工程師所需要具備的能力及分析處理辦法，使學(xué)員能夠從多角度輕松應(yīng)對職場挑戰(zhàn)。 第一章從動力電池的應(yīng)用場景角度，分析電池系統(tǒng)熱管理的重要性，要求及熱管理開發(fā)思維導(dǎo)圖分析，詳細(xì)的講述了動力電池領(lǐng)域熱結(jié)構(gòu)設(shè)計占據(jù)的重要地位及人才重視程度等。
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熱設(shè)計與分析的實例教程
1.1 優(yōu)化設(shè)計概述
所謂優(yōu)化，是指最大化或最小化，而優(yōu)化設(shè)計是指尋找一種方案以滿足所有的設(shè)計要求，并且需要的支出最少。
優(yōu)化設(shè)計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數(shù)值法--借助計算機和有限元，通過反復(fù)迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復(fù)雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應(yīng)用于工程中。
隨著計算機的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進而發(fā)展到更高層次的拓?fù)鋬?yōu)化。優(yōu)化算法也由簡單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進而發(fā)展到遺傳算法等。
在保證產(chǎn)品達到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。
1.2 優(yōu)化分析工具
ANSYS Workbench 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優(yōu)化工具)、Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動優(yōu)化分析工具)、Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具)、Response Surface(響應(yīng)曲面優(yōu)化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優(yōu)化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優(yōu)化工具):設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，利用默認(rèn)參數(shù)進行優(yōu)化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動優(yōu)化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設(shè)計點。
(3)Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具):可以得出某一輸入?yún)?shù)對響應(yīng)曲面的影響的大小。
展開 摘 要
隨電動化交通工具的快速普及，高功率馬達的熱管理越顯重要，因此以計算流體力學(xué)CFD進行熱管理分析設(shè)計是一項重要工作。熱設(shè)計好壞，事關(guān)產(chǎn)品的效能、壽命、安全性。然而馬達內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾何繁雜細(xì)小且復(fù)雜，傳統(tǒng)方式難以生成符合實物的精密網(wǎng)格。如果對模型進行幾何簡化，又會犧牲結(jié)果的精準(zhǔn)性，且費時耗工。
本文運用Cradle CFD 創(chuàng)新網(wǎng)格技術(shù)Voxel Fitting網(wǎng)格，能夠有效解決此類問題。以水冷電動馬達為例進行網(wǎng)格生成與計算分析，此馬達原始的所有復(fù)雜問題，包括繞線、挖槽、間隙、流路等等，全部被完整正確的自動網(wǎng)格化描述。基于此，可以進行精密的水冷溫度場分析，更進一步，還可以變更兩種水冷流路設(shè)計，利用此技術(shù)進行散熱結(jié)果分析比較。結(jié)果顯示，此技術(shù)確實可穩(wěn)健、快速、精確的協(xié)助高功率馬達的熱管理設(shè)計工作。
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展開 來源：科學(xué)與技術(shù) 作者：于樂
關(guān)鍵字：CFD 散熱模擬 Flotherm 機柜熱設(shè)計
基于機柜內(nèi)部的散熱模塊主要的CFD模擬仿真系統(tǒng)的散熱系統(tǒng)軟件Flotherm進行散熱，分析實驗表明Flotherm熱能耗散的軟件平臺的對比仿真實驗系統(tǒng)的更詳細(xì)的代碼，而且直覺地加以衡量，實驗室根據(jù)耗散模型的速度和正確的溫度場，建立耗散結(jié)構(gòu)，進行最佳的跟蹤設(shè)計。
隨著電子元件的熱密度增加，對散熱的需求增加，散熱的設(shè)計變得越來越困難和昂貴。由于各種功率元件的存在而散熱的系統(tǒng)，主板模塊的散熱的傳統(tǒng)設(shè)計是以實驗設(shè)計和驗證的經(jīng)驗方法為基礎(chǔ)的，但是這些方法有很大的缺陷，有很大的循環(huán)設(shè)計耗時長，設(shè)計成本高。CFD熱分析軟件是Flotherm軟件的代表之一，主要根據(jù)控制計算。
一、概述
標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備名稱標(biāo)準(zhǔn)柜，是空間站住宅與實驗的一個重要模塊單元。它主要提供標(biāo)準(zhǔn)接口與有效載荷設(shè)備的能量源之間的機械、電氣和熱測試項目。有助于對操作、信息管理和控制站的環(huán)境溫度進行統(tǒng)一管理，并確保設(shè)備的良好操作和可靠性。標(biāo)準(zhǔn)柜大小的全球平面圖。空氣流動場和對流熱交換器的分析和設(shè)計是柜內(nèi)強迫通風(fēng)熱控制的關(guān)鍵研究之一，最常用的研究是氟氯化碳的數(shù)值模擬。其還涉及一種合理的輸出布局。在標(biāo)準(zhǔn)箱中，熱控制系統(tǒng)的主要設(shè)計研究包括確定進氣和空氣的結(jié)構(gòu)，選擇一個合理的進氣溫度，電子牌照模塊化系統(tǒng)，其基礎(chǔ)是各種模擬電子元件，主要是多管、散熱器、風(fēng)扇和空氣管道，其芯片卡和處理器的主要散熱能力：散熱模塊在模擬Dianzigui散熱器的散熱和冷卻模型之前，對Dianzigui散熱器的散熱模塊系統(tǒng)進行熱測試，重點放在實際操作溫度上。通過實際物理模型的三維建模和CFD散熱系統(tǒng)的建模來合理地確定。對臨界點溫度進行監(jiān)測，并將其與試驗數(shù)據(jù)進行比較，核實模型的準(zhǔn)確性。
展開 在所有的事故原因中，熱失控問題占有很大比例。本文通過對動力電池熱失控過程的分析，設(shè)計出一套熱失控預(yù)警系統(tǒng)。這樣至少保證在整車發(fā)生熱失控之前能夠通知到車內(nèi)的乘客，避免造成人員傷亡，同時能夠盡量減少事故帶來的財產(chǎn)損失。
一、熱失控過程分析
鋰電池的熱失控主要是由于電池內(nèi)部產(chǎn)熱速率遠大于散熱速率，在電池內(nèi)部積累了大量的熱量，從而引發(fā)單體電池的著火或爆炸。單體電池的熱失控又會擴散到整個電池系統(tǒng)，導(dǎo)致整個電池系統(tǒng)甚至整車的起火或爆炸事故。
為研究動力電池系統(tǒng)熱失控發(fā)生的過程，我們外接熱源的方式對電池進行加熱從而引發(fā)熱失控。試驗表明，在單體電池發(fā)生熱失控時伴隨有電池電壓的變化、電池及環(huán)境溫度的變化、電池包內(nèi)氣壓的變化及氣體成分的變化。我們將出現(xiàn)異常的的信號分為溫度、電壓、氣壓（或氣體成分）三個大類，分別進行分析。
針對溫度信號在熱失控過程中的分析：電池的溫度在熱失控發(fā)生前會有一個持續(xù)的較快速率的上升過程，如圖1數(shù)據(jù)所示（橫軸時間單位為秒，縱軸溫度單位為℃），在前720秒的時間內(nèi)，溫度從室溫25℃持續(xù)升高到62℃。隨后發(fā)生單體電池的熱失控，溫度急劇上升到430℃。第一節(jié)電池能量釋放完之后溫度會下降，到第787秒第二節(jié)電池熱失控，同樣溫度短時間內(nèi)急劇上升。如此發(fā)生連環(huán)性的熱失控反應(yīng)，最后整個電池包都發(fā)生熱失控。
針對單體電池電壓信號在熱失控過程中的分析：電池的電壓在熱失控發(fā)生之前基本維持在平臺電壓保持不變。在熱失控發(fā)生的瞬間，實測在2秒內(nèi)電壓會下降到1V以下。圖2（橫軸時間單位為S，縱軸電壓單位為V）中符合以上特征，第一個發(fā)生熱失控的電池在第720秒之前電壓恒定在4.13V，在第720后開始急劇下降，到第722秒幾乎降到0V，之后由于檢測電壓的電路受損燒毀均為無效值。
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熱設(shè)計與分析的最新內(nèi)容
從智能手機的熱交互、緊湊外殼內(nèi)的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業(yè)設(shè)備耐候性等復(fù)雜現(xiàn)實場景，通過熱仿真技術(shù)，工程師能夠精準(zhǔn)預(yù)測設(shè)計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產(chǎn)品的效率、可靠性與安全性，從而在研發(fā)早期快速調(diào)整設(shè)計方案，實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能表現(xiàn)。
Ansys應(yīng)用類系列網(wǎng)絡(luò)研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復(fù)雜熱管理問題中的實際應(yīng)用
今日16:00，Ansys官方『Ansys 結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓?fù)鋬?yōu)化仿真解決方案，以及輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程案例分析，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內(nèi)容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓?fù)鋬?yōu)化仿真解決方案
2.輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計案例分析
講師：
<h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color: rgb(255, 192, 0);">概述</strong></h2><p>在本例中，我們將對茶壺進行熱分析，展示鋼材料和瓷材料在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)分析中的溫度分布情況。</p><h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩(wěn)態(tài)下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應(yīng)。
目標(biāo)
觀察由于一個發(fā)熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
[圖片]
1.三維電磁感應(yīng)加熱（附帶完整計算命令流及注釋說明）2.鋼球的淬火（附帶完整計算命令流及注釋說明）3.二維靜態(tài)磁場分析（附帶完整計算命令流及注釋說明）。
三維電磁感應(yīng)加熱---感應(yīng)加熱的激勵源為365000HZ的交流電，線圈電流密度為2.04e8A/m^2，線圈和管子的幾何模型如下圖所示：
鋼球的淬火---淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后快速冷卻的一種熱處理工藝方法
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)3D打印頭三維模型的處理
2、學(xué)習(xí)穩(wěn)態(tài)熱分析步的建立
3、學(xué)習(xí)穩(wěn)態(tài)熱分析的邊界條件的施加
4、學(xué)習(xí)穩(wěn)態(tài)熱分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench
從反復(fù)試誤到結(jié)構(gòu)化搜尋
葡萄牙米尼奧大學(xué)（University of Minho）的聚合物與復(fù)合材料研究所（Institute of Polymers and Composites，IPC），運用仿真與人工智能（AI），解決射出成型中最棘手的其中一項瓶頸：在不犧牲質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)快速且均勻的冷卻。IPC團隊采用「仿真優(yōu)先」的工作流程，并結(jié)合基于主成分分析（PCA）的目標(biāo)篩選、類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級應(yīng)用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設(shè)計與性能的關(guān)鍵因素。過高的NVH會導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短
