e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

利用工程仿真解决热设计难题

2017/1/3    来源:互联网    作者:Dipankar Choudhury      
关键字:ANSYS  物理场仿真  
所有产品和流程都存在一个热舒适区,即能实现最高运行效率的温度范围。无论此温度是处于极冷区(例如由液氮冷却的仪器)还是靠近极热区(比如燃气轮机燃烧室内部),了解产品的最高效工作温度对您的设计工作都至关重要。工程仿真能够为您提供实现热敏感设备的最高效设计与运行所需的知识。

    许多产品在正常运行过程中都会产生热量。有时,为了防止损坏,必须排出热量,而有时为了正常运行,则要保持热量充足。热管理是针对特定应用以最高效方式进行热量处理的科学。

    装备与设备的温度管控在众多行业都至关重要,例如航空航天(卫星、防结冰系统、涡轮机)、汽车(尾气系统、传动系统、盘式制动器)、消费品(电器、移动与可穿戴设备)、电子产品(显卡、焊点、计算机)以及工艺设备(管线、锅炉、冷凝器)等,不胜枚举。

    若热量管理方法不得当就会付出昂贵的代价,有可能导致能源利用效率低下、性能不佳乃至设备故障,并且会给附近的工作人员带来安全与健康隐患。最佳性能可能与保持一定温度以维持化学反应密不可分,也可能需要避免达到使材料变得易碎的温度。与可保持预期形状的叶片相比,会因热效应而变形的涡轮机叶片的运行效率更低。热循环导致的重复热变形会造成管线、罐体和其他容器的破裂、泄漏或彻底失效。热效应和变形预测是确保设备安全和高效性能的关键。

    在本期《ANSYS Advantage》中,我们刊载了Aavid Thermalloy公司总裁兼首席执行官Alan Wong的专访。该公司负责设计适用于众多消费产品的热管理解决方案,广泛应用于台式机、笔记本、打印机、游戏机等个人计算产品以及服务器、网络设备、仪器与消费电子产品。

仿真解决方案

    工程仿真对众多产品与流程热效应的预测至关重要。对于不太复杂的系统来说,单物理场模型就足以胜任。例如,Nebia公司的工程师采用ANSYS流体力学软件对其革命性节水淋浴头产生的微滴喷雾进行了仿真。微滴会过快地释放热量,不过Nebia工程师采用ANSYS热建模找到了可让客户享受热水澡的方法。

    同样,Mechanical Solutions公司和普渡大学的研究人员采用ANSYS CFD仿真技术对全新的涡轮叶片冷却通道几何结构进行了评估,最终研发出性能优于现有设计方案的创新几何结构。

    由于结点位于芯片的内部,因而其温度无法通过物理方式测量,而杜邦公司的工程师采用ANSYS仿真技术能够准确获得 LED 的结温。这样,他们就能针对具有各种配置需求的照明制造商制定相应的指导方针,从而研发可靠的LED衬底。如欲进一步了解相关成果,请参见第37页。

    因此单物理场解决方案可以解决某些热管理难题。若热量管理方法不得当就会付出昂贵的代价,有可能导致能源利用效率低下、性能不佳乃至设备故障,并且造成安全与健康隐患。

图1 关键发动机组件

图1 关键发动机组件

从可靠的单物理场求解器入手

    幸运的是,从单物理场仿真扩展到多物理场功能,可以深度掌握热管理信息,这一过程直截了当、简单易行,哪怕您以前从未接触过多物理场也无妨。功能强大的单物理场求解器至关重要。正如链条的强度取决于其最脆弱的环节,多物理场仿真的强度也同样取决于其最弱求解器。那么,为何不对仿真的每个步骤都采用最强大可用的求解器呢?历史已经证明,众多行业对复杂应用的仿真都需要高深物理场,而ANSYS则拥有业界一流的物理场求解器,能够充分满足流体、热、结构与电子产品领域的需求。HPC可扩展性与准确性等附加功能可帮助您根据内部流程、可用资源以及项目期限选择可为自己提供所需保真度的方法。

图2  翅管式紧凑型热交换器(FTCHE)

图2  翅管式紧凑型热交换器(FTCHE)

责任编辑:马倩
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐