通過增材制造對冷板和換熱器設(shè)計進(jìn)行熱流體分析的新工作流程

Part.01增材制造的創(chuàng)新及其實(shí)際應(yīng)用

增材制造（AM）是一種通過分層材料創(chuàng)建三維零件的過程，通常由數(shù)字3D模型數(shù)據(jù)指導(dǎo)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，AM具有以下優(yōu)勢：

? 設(shè)計自由

? 高效的材料使用等

隨著金屬AM的進(jìn)步，顯著的成本降低和精度的提高促進(jìn)了實(shí)際應(yīng)用。

此外，新材料和新工藝的發(fā)展刺激了制造業(yè)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型。值得注意的是，與熱管理和冷卻相關(guān)的應(yīng)用正在引起人們的關(guān)注。冷卻裝置和熱交換器的新設(shè)計利用了AM提供的設(shè)計靈活性。例如，與傳統(tǒng)設(shè)計相比，汽車電力電子設(shè)備的冷板現(xiàn)在提供了三倍的表面積。相機(jī)等消費(fèi)品的散熱性能提高了24%，展示了AM對熱管理和冷卻技術(shù)的革命性影響

Part.02使用增材制造設(shè)計冷卻裝置的技術(shù)挑戰(zhàn)

使用AM設(shè)計用于熱管理和冷卻應(yīng)用的冷板和熱交換器存在幾個技術(shù)挑戰(zhàn)，包括：

1)優(yōu)化流量；

2)優(yōu)化傳熱性能；

3)除了流體和熱性能外，還必須評估可制造性。

Part.03CAE分析對增材制造的挑戰(zhàn)

在大多數(shù)計算機(jī)輔助工程（CAE）工作流程中，在CAD中創(chuàng)建三維形狀，然后將其導(dǎo)入CAE工具以生成體網(wǎng)格。然而，AM特定的建模工具使用隱式表示，而不是零件形狀的邊界表示（B-rep）。隱式表示使用一個字段來表示對象，該字段確定空間中的點(diǎn)是在對象內(nèi)部還是外部。這允許非常復(fù)雜和靈活的設(shè)計，使其成為AM的理想建模方法。

然而，在CAE中使用隱式表示帶來了挑戰(zhàn)。許多CAE工具需要曲面網(wǎng)格來生成體網(wǎng)格。因此，在CAD中創(chuàng)建表面網(wǎng)格，例如STL文件，并將其導(dǎo)入CAE工具，或者CAE工具本身具有從CAD數(shù)據(jù)生成表面網(wǎng)格的能力。

在隱式表示的情況下，還需要創(chuàng)建曲面網(wǎng)格。然而，由于CAE工具不支持隱式表示，因此有必要使用AM或其他工具的建模工具生成類似STL的曲面網(wǎng)格。

雖然B-rep允許調(diào)整網(wǎng)格密度和曲面再現(xiàn)，但隱式表示僅從表示對象的場生成曲面網(wǎng)格。

圖1顯示了使用nTop建模和執(zhí)行CAE分析的工作流程。如果需要高分辨率的B-rep曲面輸出（STL網(wǎng)格），則可能需要數(shù)小時才能生成，并且生成的大型數(shù)據(jù)集會增加CAE處理時間。另一方面，降低分辨率縮短了輸出時間，但導(dǎo)致降低CAE分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

Fig 1:增材制造設(shè)計中的CAE工作流程

Part.04開發(fā)無STL的CFD網(wǎng)格生成技術(shù)

?？怂箍?/a>Cradle CFD開發(fā)了一種不使用STL網(wǎng)格生成CFD網(wǎng)格的新方法。該方法中使用的工具是用于建模的nTop和用于CFD分析的Hexagon Cradle CFD scSTREAM。以下簡要概述了它們各自的特點(diǎn)。

（?？怂箍倒I(yè)軟件）

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