Extern erzwungene Kühlung

Bei einigen Anwendungen ist es ratsam, ein Gerät mit erzwungener Kühlung für externe Kühleffekte einzusetzen. Ein Lüfter im Gerät bietet eine Komponentenkühlung, aber eine schnelle (nicht kompressible) Strömung um das Gerät herum führt die Wärme von der Außenseite des Gehäuses ab. In den anderen Anwendungen mit erzwungener Kühlung wird dieser Effekt entweder vernachlässigt oder mit einer Wärmeübergangskoeffizient-Randbedingung simuliert. In dieser Anwendung wird die Wärmeübertragung auf der Außenseite des Gehäuses mit einem Luftvolumen, das das Gerät umgibt, dargestellt.

Anwendungen

• Netzteile
• Inverter
• Telekommunikationsgeräte
• Steuermodule
• Hardware

Modellierungsstrategie

Ein Volumen, welches die Komponente umgibt, muss konstruiert werden. In einigen Fällen ist das umgebende Volumen eine physikalische Struktur, wie z. B. ein Windkanal. In anderen Fällen ist das Gerät ein sehr großer Raum oder eine offene Umgebung:

• Fügen Sie dieses Volumen entweder im CAD-Modell hinzu oder in Autodesk® CFD mit Hilfe des Werkzeuges Externes Volumen.
• Wenn das Gerät sich in einem Windkanal befindet, verwenden Sie die Abmaße des Windkanals.
• Wenn der Windkanal mehr als fünfmal so groß ist wie das Gerät oder wenn das Gerät weit von physikalischen Begrenzungen entfernt ist, verwenden Sie diese Gehäusegrößen:

Das Gerät kann geschlossen oder belüftet sein. Ist es geschlossen, so wird die Luft im Gerät vom umgebenden Volumen getrennt. Ist es belüftet, so verläuft die Luft sowohl im umgebenden Volumen als auch durch das Gerät.

Materialien

• Die Eigenschaften von Luft sollten konstant sein.
  • Weisen Sie Luft zu, und legen Sie die Einstellung "Umgebung" auf Konstant 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. Ein Material mit der Bezeichnung Luft unbewegt in der Datenbank Standard Datenbank hat die thermischen Eigenschaften von Luft. Weitere Informationen zur Verwendung des Materials "Luft unbewegt" ...
• 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 ...
• Verwenden Sie Aluminium oder ein anderes geeignetes Material für die Gehäuse von Teilen.

Randbedingungen

• Um den Einlass für das Luftvolumen zu definieren, legen Sie Geschwindigkeit oder Volumenstrom fest.
• Um den Auslass des Luftvolumens zu definieren, setzen Sie den statischen Überdruck = 0.
• Wenn der Luftbereich eine freie Umgebung (keinen Windkanal) simuliert, weisen Sie Gleiten/Symmetrie den Seiten des Bereiches zu.

Randbedingungen für die Wärmeübertragung sollten immer angewendet werden, wenn Sie lediglich die Temperaturverteilung ermitteln wollen. (Dies ist nicht erforderlich, wenn Sie lediglich die Strömung ermitteln wollen.)

• Legen Sie eine Temperatur-Randbedingung für den Einlass der Luft fest. Legen Sie keine Temperatur für Auslässe fest.
• Wenden Sie bei wärmeabgebenden Komponenten eine Gesamtwärmeerzeugungs-Randbedingung an. Beachten Sie, dass die Energie gleichmäßig über das gesamte Volumen verteilt wird.
• Wenn das Luftvolumen als Kühlung fungiert, legen Sie eine Temperatur- oder Wärmeübergangskoeffizient-Randbedingung fest. Andernfalls geben Sie die Seitenbereiche nicht an.
• Wenn Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden soll, legen Sie eine Wärmestrom-Randbedingung an den Flächen des Luftvolumens fest oder aktivieren Sie Wärmestrahlung und Solarwärme im Dialogfeld Start.

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

Nehmen Sie auf der Registerkarte "Physik" des Dialogfelds "Start" folgende Einstellungen vor:

• Strömung = Ein

• Wärmeübertragung = Ein

• Automatisch erzwungene Konvektion = Ein

• Turbulenz:

  • Die meisten Strömungsanalysen mit erzwungener Konvektion haben es mit turbulenter Strömung zu tun. Daher wird das vorgegebene K-Epsilon-Modell empfohlen.
  • Strömung in Komponenten mit einem "saugenden" Gebläse kann laminar sein. So wählen Sie Laminar im Dialogfeld "Turbulenz" aus:
    • Öffnen Sie das Dialogfeld Start, klicken Sie auf die Registerkarte Physik, und klicken Sie auf die Schaltfläche Turbulenz. Wählen Sie Laminar aus.

Autodesk® CFD beendet die Analyse entweder, nachdem die festgelegte Anzahl von Iterationen durchgeführt wurde, oder wenn die Lösung konvergiert, je nachdem, welche Bedingung früher erfüllt ist. Um sicherzustellen, dass die Analyse nicht vor dem Konvergieren beendet wird, legen Sie für Auszuführende Iterationen den Wert 500 fest. Die meisten Analysen konvergieren nach 200 bis 300 Iterationen. 500 Iterationen sollten also ausreichend Spielraum bieten.

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, um 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.

Dinge, die Sie vermeiden sollten

• Schließen Sie keine geometrischen Details ein, die für die Strömung und Wärmeübertragung irrelevant sind. Entfernen Sie Details, wie z. B. Blech Biegungen, Schrauben und Drähte.

• Strömung und Wärmeübertragung können gleichzeitig gelöst werden, dies dauert aber in der Regel länger als hintereinander (entweder manuell oder mit automatisch erzwungener Konvektion).

• Strömung und Wärmeübertragung zusammen zu lösen, ist nur dann erforderlich, wenn die Lufteigenschaften mit der Temperatur variieren.

• Weisen Sie die Strömungsbedingungen nicht direkt dem Gerät zu.

• In den meisten Fällen darf eine Temperatur-Randbedingung nicht dem Gerät zugewiesen werden.