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【AICFD案例教程】IGBT对流换热分析

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AICFD是由天洑软件自主研发的通用智能热流体仿真软件,用于高效解决能源动力、船舶海洋、电子设备和车辆运载等领域复杂的流动和传热问题。软件涵盖了从建模、仿真到结果处理完整仿真分析流程,帮助工业企业建立设计、仿真和优化相结合的一体化流程,提高企业研发效率。

概 要

1)案例描述

本案例针对功率模块进行流热固耦合仿真。

① 模型简化:选取整个模型1/6,基板下侧增加水冷盘管和水路;

② 载荷:考虑芯片(每块体积为25.35 mm^3)的产生的焦耳热,总功耗均分到每个芯片中,施加体积热源。案例最后可查看温度分布和速度流线图。

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③ 边界条件:水侧对流换热,入口速度8m/s。

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2)网格

一阶四面体网格,单元数8779036,节点数2233260。

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图1-1 网格模型

网 格

1)新建工程

① 启动AICFD 2023R2;

② 选择 文件>新建,新建工程,选择工程文件路径,设置工程文件名,点击“确定”。

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图2-1 AICFD窗口

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图2-2 新建工程

2)网格导入

单击菜单栏网格>导入网格,导入外部生成的计算域网格。

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图2-3  网格导入

3)网格质量检查

单击菜单栏 网格>网格质量,检查网格质量。

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图2-4 网格质量检查

求解设置

1)求解模型

双击 求解>求解模型,设置湍流模型。本案例为稳态计算,采用不可压缩流,湍流模型采用Standardk-epsilon模型。

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图3-1  模型设置

右击 材料>添加材料,MaterialType选择Gas,新建材料,修改介质物性参数,如图3-2所示;

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图3-2 材料选择

右击 材料>添加材料,MaterialType选择Solid,新建材料,修改介质物性参数,如图3-3所示;

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图3-3 材料选择

2)计算域

① 双击 求解> 流动分析> 计算域> Domain-AL1_1_1_MATPOINT,在计算域设置窗口中类型选择“Solid Domain”,材料选择“Aluminum”,然后点击“下一步”,在打开的流体模型窗口点击“确定”,将网格分配到计算域;

② 同上设置Domain-AL2_2_1_MATPOINT、Domain-AL3_1_3_1_MATPOINT、Domain-AL4_1_1_1_MATPOINT、Domain-AL5_1_19_1_MATPOINT、Domain-AL6_1_27_1_MATPOINT、Domain-PIPE-CU_43_1_MATPOINT;

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图3-4 分配计算域

③ 双击 求解> 流动分析> 计算域> Domain-BASEPLATE-CU_35_1_MATPOINT,在计算域设置窗口中类型选择“Solid Domain”,材料选择“Copper”,然后点击“下一步”,在打开的流体模型窗口点击“确定”,将网格分配到计算域;

④ 同上设置Domain-CU1-1_36_1_MATPOINT、Domain-CU1-2_37_1_MATPOINT、Domain-CU1-3_38_1_MATPOINT、Domain-CU1-4_39_1_MATPOINT、Domain-CU1-5_40_1_MATPOINT、Domain-CU2_41_1_MATPOINT;

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图3-5 分配计算域

⑤ 双击求解>流动分析>计算域>Domain-DBC_42_1_MATPOINT,在计算域设置窗口中类型选择“SolidDomain”,材料选择“DBC”,然后点击“下一步”,在打开的流体模型窗口点击“确定”,将网格分配到计算域;

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图3-6 分配计算域

⑥ 双击求解>流动分析>计算域>DIODE1_44_1_MATPOINT,在计算域设置窗口中类型选择“SolidDomain”,材料选择“SI”,然后点击“下一步”,在打开的流体模型窗口点击“确定”,将网格分配到计算域;

⑦ 同上设置Domain-DIODE2_45_1_MATPOINT、Domain-IGBT3_46_1_MATPOINT、Domain-IGBT4_47_1_MATPOINT、Domain-IGBT5_48_1_MATPOINT、Domain-IGBT6_49_1_MATPOINT;

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图3-7 分配计算域

⑧ 双击 求解>流动分析>计算域>Domain-FLUID-WATER,在计算域设置窗口中类型选择“FluidDomain”,材料选择“Water”,然后点击“下一步”,在打开的流体模型窗口点击“确定”,将网格分配到计算域;

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图3-8  分配计算域

3)边界条件

分别设置Inlet和Outlet,需要分别设置边界名称、边界类型、边界条件和数值,如图所示;

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图3-9  入口定义

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图3-10  出口定义

设置所有Wall的边界条件,需要分别设置边界名称、边界类型和边界条件,如图所示。

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图3-11  壁面定义

4)求解参数设置

双击求解>流动分析>交界面>Interfaces,查看自动识别的交界面。

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图3-12  交界面设置

右击 求解> 流动分析> 热模型,单击 插入对象> 热源,设置6个热源;

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图3-13 热源设置

右击 求解> 流动分析> 热模型,单击 插入对象> 热源,设置6个热源;

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图3-14 热源设置

双击 求解>求解设置,设置计算方法,包括差分方法等;

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图3-15 求解参数设置

双击 求解>求解控制,设置求解器启停条件,迭代步数等;

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图3-16  求解参数设置

初始化及求解计算

1)残差曲线与监控变量

双击 监控>残差曲线,选择查看监控曲线。

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图4-1 监控曲线选择

2)初始流场设置

① 双击 求解>初始化,设置初始流场;

② 选择菜单栏 求解>初始化,初始化流场。

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图4-2  初始化设置

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图4-3  初始化流场

3)求解计算

选择菜单栏 求解>求解>直接求解>串行,开始计算。

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图4-4  运行求解器

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图4-5  选择求解模式

后处理

1)监控曲线

查看残差曲线。

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图5-1  残差曲线

2)求解结果更新及导入

单击菜单栏 求解>可视化结果,实现可视化求解结果更新,现版本计算完成后自动进行可视化求解结果。

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图5-2  结果更新

3)可视化结果

① 压力云图

单击菜单栏后处理>云图,选取位置域和变量参数,设置等级参数256,点击应用,读取温度云图,可以看出芯片最高温度可达342K,水冷管入口流体温度在295K。

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图5-3 温度云图

② 速度流线图

单击菜单栏后处理>流线图,设置管道流场速度流线图,可以看到流体流向,流体沿水冷管流动,最高速度可达9.86m/s。

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图5-4 流线图


换热散热
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首次发布时间:2023-11-24
最近编辑:11月前
天洑软件
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