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AICFD是由天洑軟件自主研發(fā)的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動(dòng)力、船舶海洋、電子設(shè)備和車(chē)輛運(yùn)載等領(lǐng)域復(fù)雜的流動(dòng)和傳熱問(wèn)題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結(jié)果處理完整仿真分析流程，幫助工業(yè)企業(yè)建立設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化相結(jié)合的一體化流程，提高企業(yè)研發(fā)效率。一、概 要1）案例描述本案例針對(duì)功率模塊進(jìn)行流熱固耦合仿真。

在仿真模型設(shè)定中，不考慮熱輻射，水冷板設(shè)定為固體，其材料參數(shù)考慮水流影響，IGBT的芯片硅材料需要考慮溫度對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響。

絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導(dǎo)通強(qiáng)電流，同時(shí)快速切換兩種模式，成為大功率系統(tǒng)的熱門(mén)選擇。 該模塊由多個(gè)安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產(chǎn)生熱量，這也被稱(chēng)為焦耳熱。雖然散熱器以相對(duì)恒定的速率散熱，但模塊的開(kāi)關(guān)以及隨后電流密度和熱源的增減會(huì)導(dǎo)致模塊以循環(huán)的方式加熱和冷卻。

一.技術(shù)參數(shù) 1.分析類(lèi)型：穩(wěn)態(tài)熱仿真 2.材料：Cooler：ADC12 3.邊界條件：Ambient temperature：85℃ Cooler face temperature:75℃ Air Convention:10W/(m2·K) 4.載荷：IGBT PowerLoss=30W/chip Diode PowerLoss

</p><p><br></p><p><strong>?&nbsp;增材制造換熱器優(yōu)勢(shì)：</strong></p><p><br></p><ul><li>高比表面積換熱：如基于極小曲面的隱式建模換熱器，能增加冷熱流體的接觸面積，從而提高換熱效率，傳統(tǒng)換熱器在有限的空間內(nèi)難以達(dá)到同等的換熱面積。

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)由不同材料構(gòu)成組件中的熱應(yīng)力是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的分析問(wèn)題。熱致應(yīng)力由溫度梯度、支撐以及當(dāng)連接材料具有不同熱膨脹系數(shù)（CTE）時(shí)產(chǎn)生。對(duì)于CTE不匹配的情況，即使溫度均勻，也會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)變的差異，從而引發(fā)機(jī)械應(yīng)變和應(yīng)力。針對(duì)這些連接的建模假設(shè)會(huì)對(duì)局部應(yīng)力產(chǎn)生重大影響。在對(duì)這類(lèi)組件進(jìn)行建模之前，仿真工程師必須回答的第一個(gè)問(wèn)題是：是什么使部件保持在一起？

從2009年開(kāi)始進(jìn)一步使用Amesim熱液壓庫(kù)和熱液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)開(kāi)展燃油系統(tǒng)和熱管理建模，通過(guò)使用Amesim能夠幫助工程師在設(shè)計(jì)早期評(píng)估液壓系統(tǒng)的性能，更加深入地理解液壓回路和其交互系統(tǒng)的熱效應(yīng)。熱液壓建模輔助設(shè)計(jì)工程師預(yù)測(cè)液壓系統(tǒng)性能，快速選型換熱器、油箱和管路，從而減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

基于PCB板+IGBT模塊+散熱器總成精細(xì)化熱-固耦合仿真模型，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)整機(jī)由于各層結(jié)構(gòu)CTE不同導(dǎo)致的“呼吸效應(yīng)”熱變形首先通過(guò)構(gòu)建PCB板+IGBT模塊+散熱器熱-固耦合模型，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)因CTE差異導(dǎo)致的“呼吸效應(yīng)”熱變形，定位溫度循環(huán)動(dòng)載荷致Pin針焊層疲勞失效的原因；通過(guò)Creo參數(shù)化建模并與Ansys Workbench聯(lián)合，結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化Pin針結(jié)構(gòu)參數(shù)，尋優(yōu)時(shí)間縮至24h內(nèi)

從2009年開(kāi)始進(jìn)一步使用Amesim熱液壓庫(kù)和熱液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)開(kāi)展燃油系統(tǒng)和熱管理建模，通過(guò)使用Amesim能夠幫助工程師在設(shè)計(jì)早期評(píng)估液壓系統(tǒng)的性能，更加深入地理解液壓回路和其交互系統(tǒng)的熱效應(yīng)。熱液壓建模輔助設(shè)計(jì)工程師預(yù)測(cè)液壓系統(tǒng)性能，快速選型換熱器、油箱和管路，從而減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

在這種情況下，如果對(duì)換熱器進(jìn)行全計(jì)算流體力學(xué)（CFD）仿真，需要較大網(wǎng)格量才能保證網(wǎng)格質(zhì)量，這就使得CFD仿真變得復(fù)雜和昂貴。為了節(jié)約計(jì)算成本且保證計(jì)算準(zhǔn)確度，本案例提出了不同尺度區(qū)域分開(kāi)建模再耦合的方法進(jìn)行CFD仿真，分區(qū)如圖2所示。

從2009年開(kāi)始進(jìn)一步使用Amesim熱液壓庫(kù)和熱液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)開(kāi)展燃油系統(tǒng)和熱管理建模，通過(guò)使用Amesim能夠幫助工程師在設(shè)計(jì)早期評(píng)估液壓系統(tǒng)的性能，更加深入地理解液壓回路和其交互系統(tǒng)的熱效應(yīng)。熱液壓建模輔助設(shè)計(jì)工程師預(yù)測(cè)液壓系統(tǒng)性能，快速選型換熱器、油箱和管路，從而減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

如下圖所示，不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)雙面散熱IGBT功率模塊的三維模型和單面散熱IGBT功率模塊的三維模型。利用ANSYS有限元軟件和傳熱理論對(duì)不同結(jié)構(gòu)的IGBT功率模塊進(jìn)行了仿真分析，IGBT模塊在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行的溫度場(chǎng)分布如下圖所示。總體而言，IGBT模塊的內(nèi)部溫度分布不均勻，因?yàn)?em>IGBT模塊中材料的熱導(dǎo)率不同，并且受到熱耦合的影響，尤其是在芯片區(qū)域。

利用Mechanical模塊計(jì)算熱穩(wěn)態(tài)和熱瞬態(tài)時(shí)，是不是無(wú)法建立軸對(duì)稱(chēng)坐標(biāo)系，即像Maxwell一樣，只建立一半模型，最近在做圓筒型直線電機(jī)的熱分析，查不到圓筒型電機(jī)的2D建模方法，只能建立3D模型，但是3D模型計(jì)算量大，并且無(wú)法和Maxwell2D模型進(jìn)行雙向耦合，有沒(méi)有大佬幫我解答一下建模問(wèn)題，或者maxwell2D和mechanical3D是否能雙向耦合

IGBT應(yīng)用及封裝設(shè)計(jì)· IGBT特征化建模和開(kāi)關(guān)特性測(cè)試· IGBT寄生參數(shù)提取及系統(tǒng)性能分析· IGBT電磁性能分析和傳導(dǎo)路徑優(yōu)化· IGBT多物理場(chǎng)耦合特性分析· IGBT熱模型提取及系統(tǒng)性能分析· IGBT輻射干擾分析2. 驅(qū)動(dòng)/控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.

以5.5 k W控制器為例，對(duì)其主要發(fā)熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進(jìn)行熱仿真分析。1 控制器的前處理1.1 控制器結(jié)構(gòu)降階處理對(duì)5.5 k W控制器進(jìn)行3D建模，顯示控制器有1215個(gè)部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會(huì)使模擬計(jì)算量和時(shí)間增加，一般需要進(jìn)行模型降階處理[5]。

其中固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）的工作溫度較高，在600℃-1000℃之間，高效的SOFC熱管理對(duì)于提高電池功率密度、維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。問(wèn)題和難點(diǎn)1.

一般而言，電機(jī)可在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)（毫秒到秒，具體取決于電機(jī)尺寸和類(lèi)型）吸收極高的電流；然而，IGBT —— 工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器級(jí)的主要部分 —— 短路耐受時(shí)間為微秒級(jí)。IGBT短路耐受能力IGBT短路耐受時(shí)間與其跨導(dǎo)或增益以及IGBT芯片熱容量有關(guān)。

得益于采用高能注入技術(shù)形成 CS 層，相比于熱擴(kuò)散技術(shù)，其減小了 CS 層形成時(shí)對(duì)溝槽摻雜濃度的影響，進(jìn)而提高 Vge(th)的一致性，改善了 IGBT 芯片通態(tài)時(shí)各元胞的均流效果，如圖 15 所示。1.4 超級(jí)結(jié)技術(shù)和逆導(dǎo) IGBT 技術(shù)超級(jí)結(jié)概念打破了傳統(tǒng)硅器件導(dǎo)通壓降與耐壓間的極限關(guān)系，在 MOSFET 中已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用。