【AICFD案例教程】IGBT对流换热分析
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。
③ 边界条件：水侧对流换热，入口速度8m/s。
2）网格
一阶四面体网格，单元数8779036，节点数2233260。
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”。
图2-1 AICFD窗口
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。
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。
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；
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；
图3-9 入口定义
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。
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。
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；
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；
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；
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；
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。
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。
图4-2 初始化设置
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。
图4-4 运行求解器
图4-5 选择求解模式
后处理
1）监控曲线
查看残差曲线。
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。
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。
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。
图5-4 流线图
