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基于ANSYS WORKBENCH的散热器的优化设计


基于 ANSYS Workbench 散热器形状的优化设计
摘要:随着科技发展的日新月异,汽车的数量也在持续不断的增加,对于如何使汽车散热
器更好的散热是汽车研发设计过程中迫切需要解决的问题之一, 而散热器的形状是其中的重 要影响因素之一。考虑到形状对于散热器散热的重要影响,在基于 ANSYS Workbench 的 Design Modeler 中建立散热器的几何模型。通过试验,得到散热器温度场的分布图,找到 了温度较高的地方,从而通过 ANSYS Workbench 对散热器几何模型尺寸进行优化,达到降 低散热器温度,使散热器散热性能更好的目的。

关键词:散热器;尺寸;温度
随着道路的建设,汽车的不断普及,汽车续航里程的不断提升,随之而来的散热器散热 问题成为影响汽车行驶的重要因素。 由于散热器散热不好而引起的零件失效时有发生。 研究 散热器的散热问题就显得很有必要。 国内外,对于汽车散热器散热问题也有大量的研究。本文基于 ANSYS Workbench 的形 状优化设计模块,对散热器的形状尺寸进行优化设计,从而使散热器达到更好的散热效果。

1.散热器几何模型的建立
在 Design Modeler 中建立散热器的几何模型,指定散热器的厚度、散热片的高度以及 散热片的间距为设计变量,分别命名为 ds_w,ds_h,ds_d。

2.在 Simulation 环境中读入参数化的散热器几何模型“Geom.agdb” 3.添加材料铝合金“Aluminum Alloy” 4.设定网格划分参数并进行网格划分
(1)选择“Mesh” ,单击右键,激活网格尺寸命令“Sizing” ; (2)在“Sizing”的属性菜单中,选择整个散热器,并指定网格尺寸为 0.05m; (3)选择“Mesh”,单击右键,激活网格尺寸命令“Method”,在“Method”的属性菜 单中,选择整个散热器,并指定剖分方法。

5.选择稳态热分析类型“Steady-State Thermal” 6.施加载荷及约束
( 1 ) 鼠 标 激 活 “ Steady-State Thermal ” ,在弹出菜单中选择施加对流载荷 “Convection” 。在“Convection”属性菜单中设置散热器内表面为“geometry” ,对流换热 系数输入为 2.94 ?10 W / (m
5 2 0

C) ,管内蒸汽为 315 0C ,如图 1 所示:

图1 ( 2 ) 激 活 鼠 标 “ Steady-State Thermal ” ,在弹出菜单中选择施加对流载荷 “Convection” 。在“Convection”属性菜单中设置散热器外表面为“geometry” ,对流换热 系数输入为 40.88W / (m2 0C) ,外部环境温度为 0 C ,如图 2 所示:
0

图2

7.设定求解参数,即设定要求解何种问题,哪些物理量
(1)激活鼠标“Solution” ,在弹出的菜单中选择“Temperature” ; (2)激活鼠标“Solution” ,在弹出的菜单中选择“Total Hear Flux” ; (3)激活鼠标“Solution” ,在弹出的菜单中选择“Reaction” 。

8.求解及观察求解结果
(1)激活 Solution>Temperature,得到的散热器温度场分布如图 3 所示;

(2)激活 Solution>Total Hear Flux,得到的散热器热流率分布如图 4 所示; (3)激活 Solution>Reaction,并在“Reaction”属性窗口中,选择散热器内表面的 对流换热。

图3

图4

9.设定目标参数
(1)选择整个散热器的质量为目标,如图 5 所示; (2)选择散热器的最小值为另一目标参数,如图 6 所示。

图5

图6

10.打开 Design Xplorer 窗口,优化求解
(1)打开 Design Xplorer 窗口,选择“Six Sigma” ; (2)给定 ds_w,ds_h 和 ds_d 变量的变化范围。

11.优化求解,寻找最优样本,获得最优结果
(1)单击“Goal Driven Optimization” ,设定样本点为 16 个,得到求解结果,如图 7; (2)设定参数的优先级和目标极限; (3)如图 8,整理得到的结果见表 1。

图7

图8

表1


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