Komponenten innerhalb eines belüfteten, passiven Geräts werden durch natürliche Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung gekühlt. Temperaturschwankungen in der Luft verursachen Dichtegradienten, die ihrerseits zu einer Bewegung der Luft führen. Durch Öffnungen tritt Luft in das Gerät ein und aus dem Gerät aus. Luftbewegung, Leitfähigkeit und Strahlung übertragen Wärme von erwärmten Komponenten an die Umgebung.
Die Strömung in einem passiv gekühlten, belüfteten Gerät ist oft laminar und die Strahlung spielt eine wichtige Rolle beim Entfernen der Wärme.
Anwendungen
- Automobilindustrie:
- Elektronik unter dem Armaturenbrett
- Elektronik des Armaturenbretts
- Bauteile unter der Motorhaube
- Elektronik bei Hybridsystemen
- Militärische Anwendungen
Modellierungsstrategie
- Vereinfachen Sie die Geometrie, um unwesentliche Merkmale zu entfernen. Vereinfachen Sie Blechteile bzw. erstellen Sie sie neu, um Details zu entfernen, die für die Simulation nicht relevant sind.
- Das Modell muss ein Luftvolumen innerhalb des Bauteils enthalten. Dies ist ein zu berücksichtigender Aspekt, da das physikalische Modell wahrscheinlich kein Luftvolumen enthält. Autodesk Simulation CFD erstellt automatisch ein internes Volumen, sofern das geometrische Modell "wasserdicht" ist. Ändern Sie anderenfalls das CAD-Modell, um alle Spalten zu schließen, oder verwenden Sie das Werkzeug Hohlraumfüllung, um das Volumen im Autodesk Simulation CFD-Modell zu erstellen.
- Um sicherzustellen, dass ausreichend Platz zwischen den Randbedingungen und der internen Strömung vorhanden ist, kann es erforderlich sein, im CAD-Modell die Öffnungen zu vergrößern. (Dies ist nur erforderlich, wenn das Bauteil Öffnungen aufweist.)
- Das Bauteilgehäuse wirkt sich häufig nur geringfügig auf die Temperaturverteilung aus. Sie können dies im CAD-Modell oder im Netz unterdrücken.
Materialien
- Da die natürliche Konvektion die Strömung steuert, müssen die Eigenschaften des Luftmaterials variieren können.
- Weisen Sie Luft zu, und legen Sie die Einstellung für "Umgebung" auf Variabel fest.
- Bei äußerst schmalen abgegrenzten Flächen wird die Wärmeübertragung größtenteils anstatt von Konvektion von Wärmeleitung beeinflusst. Bei einigen Anwendungen besteht die Möglichkeit, die Wärmeübertragung genau simulieren zu können, ohne die Strömung berechnen zu müssen. Erstellen Sie einen benutzerdefinierten Festkörper, der über die gleichen Eigenschaften wie Luft verfügt. Weitere Informationen zur Verwendung des Materials "Luft unbewegt" ...
- Wenn Wärmestrahlung einbezogen wird, geben Sie das Emissionsvermögen für das Fluid- und das Festkörpermaterial an. (Beachten Sie, dass das für das Fluid angegebene Emissionsvermögen nur die vom Fluid berührten Festkörper- und Wandflächen betrifft.)
- Verwenden Sie Materialkomponenten für die Simulation von Objekten wie z. B. Trennblechkühlung, interne Lüfter, Leiterplatten, kompakte thermische Modelle und thermoelektrische Komponenten. Weitere Informationen zur Verwendung von Materialkomponenten ...
Randbedingungen
- Um alle Öffnungen zu definieren, weisen Sie Statischer Überdruck = 0 zu. Dieser Parameter simuliert eine Öffnung für Umgebungsbedingungen.
- Wenn die Einlasstemperatur bekannt ist, geben Sie die Randbedingung Temperatur an. Wenn nicht, geben Sie eine Temperatur oder einen Wärmeübergangskoeffizienten an den Seiten des Geräts an.
- Wenden Sie die Randbedingung Gesamtwärmeerzeugung auf die Komponenten an, die Wärme abgeben.
- Zur Simulation der Wärmeübertragung an die Umgebung wenden Sie die Randbedingung Wärmeübergangskoeffizient auf die externen Flächen an. Der Wert hängt von der Luft ab, die das physische Gerät umgibt:
- Wenn die Luft steht, verwenden Sie den Wert 5 W/m²K.
- Wenn die Luft in Bewegung ist, verwenden Sie den Wert 20 W/m²K.
- Verwenden Sie Referenztemperatur = Umgebungstemperatur.
Netz
Eine grundlegende Richtlinie für ein qualitativ hochwertiges Analysemodell ist, dass die Netzverteilung ausreicht, um die Strömungs- und Temperaturgradienten effizient zu lösen. In Bereichen, in denen die Strömung zirkuliert oder große Gradienten aufweist (z. B. Strudel, Wirbel und Trennungsbereiche), ist ein feineres Netz erforderlich.
Bei den meisten Modellen können Sie die automatische Größenbestimmung für die Netzverteilung verwenden. Möglicherweise müssen Sie lokal das Netz auf geometrischen Objekten, die sehr detailliert sind, verfeinern. Weitere Informationen über die automatische Netzgrößenbestimmung und Modellvorbereitung...
In einigen Fällen kann es erforderlich sein, die Mindest-Spaltverfeinerungslänge anzupassen, um ihre Auswirkung auf die Netzanzahl zu reduzieren.
So verfeinern Sie das Netz lokal in Strömungsbereichen mit hohem Gradienten
- Nehmen Sie eine Anpassung der Netzverteilung auf geometrischen Volumen und Flächen vor.
- Wenn keine entsprechenden geometrischen Elemente in einem bestimmten Bereich vorhanden sind, erstellen Sie einen Netzverfeinerungsbereich:
- Fügen Sie ein oder mehrere Volumen im CAD-Modell hinzu.
- Erstellen Sie einen Verfeinerungsbereich aus der Vernetzungsaufgabe.
Wird ausgeführt
- Strömung = Ein
- Wärmeübertragung = Ein
- Wenn die Komponententemperaturen relativ hoch sind, Strahlung = An (Strahlung hat häufig eine stabilisierende Wirkung. In manchen Modellen führt die Vernachlässigung der Strahlungsauswirkungen zu bis zu 20 % höheren Temperaturen als die tatsächlichen Werte.) Es wird deshalb empfohlen, 200 Iterationen ohne Strahlung auszuführen, die Strahlung anschließend zu aktivieren und fortzufahren. Dies verkürzt die Analysezeit und gibt einen Einblick in die Auswirkungen von Strahlung. Stellen Sie sicher, dass Sie das geeignete Emissionsvermögen-Material festlegen. Weitere Informationen über die Modellierung von Strahlung.
- Geben Sie einen Schwerkraftvektor an.
- Turbulenz: Die Strömung in diesen Anwendungen ist in der Regel laminar. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Turbulenz" im Dialogfeld "Einstellungen", und wählen Sie Laminar. Wenn die Lösung innerhalb der ersten 100 Iterationen divergiert, wählen Sie k-epsilon-Modell aus und starten die Analyse ab Iteration 0 erneut.
Ergebnisextraktion
Strömungsverteilung
Komponententemperaturen
- Verwenden Sie Ergebnisebenen und Iso-Flächen zum Visualisieren der Strömung in und um die Vorrichtung.
- Verwenden Sie Partikelspuren zur Visualisierung der Luftbewegung.
- Zeigen Sie die Temperatur direkt auf den Teilen an und verwenden Sie Ergebnisteile, quantitative Temperaturdaten zu extrahieren.
- Verwenden Sie das Entscheidungscenter zum Vergleichen von Ergebnissen aus mehreren Szenarios. Speichern Sie Zusammenfassungsbilder, erstellen Sie Zusammenfassungselemente, und überprüfen Sie die Ergebnisse in der Tabelle Kritische Werte.
Für allgemeinere Informationen verwenden Sie die umfangreiche Sammlung von Werkzeugen zur Ergebnisvisualisierung, um Strömungs- und Wärmeergebnisse zu extrahieren.
Folgendes vermeiden
- Vernachlässigen Sie die Wirkungen der Wärmestrahlung nicht, insbesondere wenn die Komponententemperaturen hoch sind. Die Wärmestrahlung ist ein wichtiger Wärmeübertragungsmechanismus für diese Anwendungen, und ohne Wärmestrahlung werden die Komponententemperaturen möglicherweise überprognostiziert. Beachten Sie jedoch, dass die Wärmestrahlung mehr Rechnerleistung benötigt. Daher ist es wichtig, unnötige geometrische Details aus dem Modell zu entfernen.
- Vernachlässigen Sie die Wege der Komponentenwärmeableitung nicht. Wärme kann von einer Komponente nicht abgeleitet werden, die im Raum schwebt. Vergewissern Sie sich, dass die physischen Verbindungen zwischen Komponenten und anderen Objekten in das Modell einbezogen werden.