电力电器散热设计速成：快速设计方法分享

需求描述

在电力电器的设计初期，即概念设计阶段，其结构一般是由设计工程师设计，但是设计工程师无法评估其结构的散热性能是否达标，只好交予CAE仿真工程师去评估，从而影响研发进程。另外，在概念设计阶段，无论是设计工程师、研发主管还是客户，都有可能提出多个设计方案。如何快速从多个方案中，先有依据地挑选出几个合理的方案，再进行详细的CAE仿真呢？假如可以，这将使研发人员在概念设计阶段，就能屏蔽不合理的方案，在产品性能验证之前发现问题，在设计周期的早期排除不良设计，从而降低研发成本、加速研发进度。

图1  电力电器示例

适用软件

推荐采用ANSYS Discovery Live软件进行散热的快速分析。

解决方案
     

利用Discovery Live软件，导入产品的CAD模型，无需划分网格，根据实际应用工况，加载热边界条件（环境温度、环境流动、材料热属性等）和输入发热量，即可快速实时分析，计算得到电力电器的温度分布情况，可以做到仿真时间比思考的时间还短，从而快速判断多个产品设计方案在额定工况下能否正常工作，从而排除不合理的方案。

分析结果

经过计算，用某电力电器中有个40W的发热器件，在器件上需要设计一个散热器。通过快速仿真，散热器翅片高度10mm时器件最高温度为93.99℃；翅片高度15mm时器件最高温度为83.92℃；翅片高度20mm时器件最高温度为76.83℃。三个方案从几何模型修改到得到仿真结果，总耗时不超过5分钟。如果需要优化这个散热器散热设计方案，可以结合不同材料或者翅片尺寸形状进行方案对比设计，快速得到合理可行的尺寸参数，因而在设计初期就能使产品设计基本上是合理的。

图2  不同散热器翅片高度的温度分布图

应用价值

通过快速仿真，在概念设计阶段就可有效屏蔽不合理的方案，在产品性能验证之前发现问题，在设计周期的早期排除不良设计，从而加速研发进度。可见快速仿真在电力电器产品的概念设计阶段中发挥着不可或缺的作用。

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