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运用仿真技术设计热门产品

2017/3/7    来源:互联网    作者:S.Subbiah      
关键字:ANSYS工程仿真技术  
在研发新产品时,实现美观与经济性的关键在于对其热特征(即在运行环境中释放/吸收的热能)进行管理。工程仿真能有助于您判断热特性的最佳值,并打造性能优异的耐用产品。

    现如今,设计尖端产品往往意味着要使产品具备在极端条件下运行的特性,这就为管理产品产生的热能提出了挑战。

    让我记忆犹新的例子是:有一次,Goodrich Aerostructures公司(现称UTC Aerospace Systems)的工程师介绍他们是如何设计并对商用飞机降落制动器进行测试的。FAA规定,宽体喷气飞机在跑道上加速时若飞行员决定中止起飞,那么制动器必须能够在不给乘客带来危险的前提下,彻底、安全地实现对飞机的制动。这就要求必须在几分钟之内,将速度超过每小时170英里、重达850吨的飞机的动能转换成摩擦热,并耗散到周边环境中。通过在测试过程中对这一流程进行实时观察,可发现机械工程最迷人的魅力——制动器在对庞大、高速的飞行器进行制动的过程中会白热发光。

    在本例和众多其他实例中,为了使系统能够理想运行,必须控制好热量。以低于理想值温度运行化学反应器会导致出产率降低,而温度过高又可能造成危险的失控反应或反应器损坏。集成电路(IC)过热会导致应力和IC封装脱层,而过度冷却又会使动力风机消耗更多不必要的电力。电子系统设计人员必须在电气性能与物理尺寸之间实现完美的平衡。丰富的用户体验需要大量IC计算,这将消耗功率并产生热量,因此相关设计必须能够在不牺牲用户对尺寸、重量、噪音和轻便性的偏好的情况下实现充分冷却。

    显然,经济性与美观性在工业和消费类产品与流程的热管理中占据着重要地位。仿真能够防止过度设计(即,使用过多材料或更昂贵的材料来完成原本用廉价材料就足够的产品),从而杜绝浪费。此外,仿真还可防止设计不足,这可能会影响产品的安全性或缩短其使用寿命。另外,了解产品在其工作温度下能够正常运行的时间可帮助您制定合理的保修期。

    采用可靠的计算物理场和多物理场的工程仿真能最大限度减少对产品或流程热管理方面的顾虑。您可以建立产品模型,并对其运行进行虚拟仿真,与过去可能一直使用的构建测试方法相比,采用参数化研究能够更彻底地探索相关设计空间。您能够观察模型如何响应温度变化,确定最佳运行范围,以及选择适合您应用的最佳材料。最终实现技术和经济性两全其美的最佳产品。

    ANSYS产品有助于用户实现众多领域的研究,例如共轭流体与热传递、焦耳热、化学反应、热耗散和电子冷却等。目前,全球工程师纷纷采用ANSYS Mechanical、ANSYS Fluent 和ANSYS Icepak 来解决产品设计难题。

    我们最具创造力的几个客户在本期中介绍了他们如何采用ANSYS 工程仿真来解决众多行业最棘手的热管理难题。我相信,他们的故事将对您大有裨益。

责任编辑:张纯子
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