电子冷板散热仿真

本文基于国产自主高级通用流体CFD软件PERASIM.Fluid，对某逆变器所用的水冷板进行热仿真CFD计算，包括模型处理、网格划分、求解设置及后处理显示。

模型处理

1）导入模型

PERASIM.Fluid可以导入市面上主流的多种数据格式的CAD模型，如图1所示；

将水冷板的CAD模型导入后，PERASIM.Fluid自动根据模型本身的几何特征，形成点、边、面特征，并对不同的面赋予不同的颜色，面的颜色与其名字所显示的颜色完全一致，非常方便用户对模型进行检查；如图2所示。用户可以在模型树下点击勾选以隐藏/显示对应的特征。

图1几何导入接口

图2  导入水冷板模型

2）建立、封闭冷板进出口边界

PERASIM.Fluid提供了多样化的前处理工具；对于此水冷板的CFD仿真计算而言，需要建立冷板进出口边界，并抽取其内部的流体空间模型，以建立共轭传热数值计算的完整流体模型。点击主菜单的几何面板，设置选择模式为选择边，分别选择进出口边，点击创建面按钮，即可建立边界面模型。

选择水冷板的入口面模型，鼠标右键菜单中选择“Move to Group移动到组”，或者点击主菜单的移动到组命令，在左侧的属性面板中输入新的名称in，点击移动，完成进口边界的建立。同理将另一侧的面模型命名为out，如图3所示。

图3  命名进出口边界

3）抽取水冷板的内部流体空间

PERASIM.Fluid的快速修复功能，用于缝合模型中的容差间隙、查看模型中干涉交叉的面、补洞等修复功能；其识别体功能，用于在几何拓扑关系的基础上自动寻找封闭的体积空间，用于流体网格的划分。先点击快速修复、再点击识别体命令，PERASIM.Fluid将在前述模型的基础上，抽取控制水冷板内部的流体空间区域。

在模型树下，选择冷板表面的5个体热源模型，点击右键，选择“Delete Group and Contents”），将这些体热源删除。

选择模型树下冷板表面的不同面，点击右键，可以对其进行重命名；以Share命名的面表示不同体之间的共享面，用于共轭换热耦合计算，如图4所示。

网格划分及检查

PERASIM.Fluid拥有非常丰富的网格控制技术，既可以对网格参数进行全局设置，也可以进行局部设置；另外，可以对固体表面附近的流体进行边界层加密，也支持对局部空间进行网格细化。

图  切面网格及局部放大图

图  水体区域的网格展示

图 冷板表面的网格

将相同的参数输入ANSYS Fluent，并进行计算；然后将PERASIM.Fluid的计算结果与前者进行相比，对应的比较结果如图15所示（左图为ANSYS Fluent的计算结果，右图为PERASIM.Fluid的计算结果）；可以看出，冷板的最高温度相差0.18℃；水体的最高温度相差0.2℃；二者的计算结果极其接近，误差极小。

图15  Fluent.VS.PERASIM—1

为了进一步验证PERASIM.Fluid的计算结果，将冷板表面的热源温度进行比对，比较了计算的云图分布及热源平均温度，相应的比较结果如图16所示（左图为ANSYS Fluent的计算结果，右图为PERASIM.Fluid的计算结果）；可以看出，无论计算云图分布，还是面平均温度统计，PERASIM.Fluid的CFD结果与ANSYS Fluent相差很小。

图16  Fluent.VS.PERASIM—2

本案例PERASIM.Fluid计算的其他结果如图17所示，主要是展示了冷板背面的温度分布、切面的温度云图、压力云图、速度矢量图、迹线分布等等。

图17  CFD计算后处理显示

我司提供免费询价服务权益，报价前需提供如下材料：

1. 3D模型文件（step格式即可），或者要模拟的部件图片，如涉及保密项，我司可以先签订保密协议；

2.  模拟工况，要模拟的条件说明，输入条件，包含边界条件、仿真要求、交付物输出形式、以及实现效果等；

3. 软件要求，工期，技术说明等；