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电子设备凭什么每年一更新?电子设备多物理场耦合分析

2019-07-22 03:24暂无阅读:1419评论:0

今朝,各类电子设备呈现出智能化、微型化的趋势,升级换代日新月异,这对电子设备的研发周期、产物的设计尺度、设备的靠得住性等等提出了更高的要求。若是要快速研发复杂靠得住的电子设备,那么将CAE模拟软件应用于电子设备的研发流程中,被证实为行之有效的方式。

以前研究者只考虑一个场而忽略多场的耦合效应,因为各个物理场自力较量,互不影响,研究人员无法注释场与场之间的互相影响,无法对产物的设计进行整体、精美的模拟较量,这势必影响电子设备真实的物理场分布。多物理场耦合问题是由两个或两个以上的场经由交互感化而形成的物理现象,它在客观世界和工程应用中普遍存在。

跟着电子设备的成长以及CAE仿真手艺的成熟,越来越多的研究者起头考虑电子设备多物理场的耦合效应,充裕考虑设备在多物理场直接感化下的工作特征。ANSYS公司恰是这一范畴的向导者,旗下产物能够对电子设备的多物理场进行耦合模拟剖析。

ANSYS软件具有无与伦比的多物理场耦合模拟能力

智能化电子设备必需知足靠得住的构造机能、电磁兼容机能、精巧的散热特征及噪音机能等等。ANSYS软件能够从数值剖析的角度来对电子设备进行多物理场耦合剖析,使得各物理场之间的互相感化可以在设计阶段得以正确呈现,客观上包管并加速了产物的研发历程。

电子设备的多物理场耦合示意在:热流场和电磁场呈现矛盾的关系,散热要求孔缝越大越好,而电磁屏障需要孔缝越小越好,构造的变形影响孔缝的尺寸,进而影响电子设备的散热和屏障;温度的升降会影响构造的变形、电磁发射器件的发射功率及导体电导率的改变;发射功率会导致器件热耗的改变,进而影响电子设备的热流分布。

下图为某电源设备的多物理场优化较量,首要优化了散热孔的结构,以使电源设备知足美国联邦通信协会(FCC)制订的EMI尺度。

分歧外形散热孔构造对电磁干扰的影响

减小了散热孔的尺寸,知足了EMI的要求,然则为了包管热靠得住性,势必需要增大风机的转速,这将发生严重的噪音。在电源设备工作中,风机、壳体及器件之间压力互相感化,造成更多的噪音源。使用Fluent软件,能够较量必然频率局限内,设备内部的噪音云图分布,这将能够匡助工程师查察、判袂电源设备内高噪音的区域,进而对其构造做优化较量。

电源设备优化前后的噪音曲线分布

电源设备涡流粘度和噪音云图分布

使用ANSYS Workbench平台对电子设备进行构造机能、电磁兼容机能、散热机能的耦合模拟较量时,分歧标准的电子设备所需的CAE模块不尽沟通,可参考下图。

分歧标准电子设备多场耦合所需的模块

在实际工程中,电念头、变压器、电磁炉等等均行使了电磁的涡流现象,即在一根铝块皮相绕上线圈,并让线圈通入交变电流,那么线圈就发生交变磁场。因为线圈中央的导体在圆周偏向是能够等效成一圈一圈的闭合电路,闭合电路中的磁通量在络续发生改变,所以在导体的圆周偏向会发生感应电动势和感应电流,电流的偏向沿导体的圆周偏向转圈,就像一圈一圈的漩涡,即电磁涡流现象(摘自《ANSYS Icepak进阶应用导航案例》一书),其示意图如下所示。

电磁涡流现象示意图

下面以上述电磁涡流效应为例,讲解在ANSYS Workbench平台下进行电磁场、热流场的双向耦合较量,需要注重的步伐包罗:

1、 需要完成ANSYS电磁包与ANSYSWorkbench平台的耦合设置。

设置ANSYS电磁模块与Workbench平台耦合

2、 进行电磁—热流机能的双向耦合模拟,需要竖立Geometry、Maxwell(HFSS)、Icepak、Feedback Iterator单元,拖动Geometry离别至Maxwell单元、Icepak单元;拖动Maxwell的Solution至Icepak的Setup;拖动Maxwell的Solution至Feedback Iterator单元,可驱动Maxwell和Icepak,进行电磁-热流的多次耦合迭代较量,直接求解较量收敛。

电磁—热流耦合模拟流程图

3、 Geometry模型进入各个CAE剖析单元后,几许模型的位置(坐标)弗成以点窜。

4、 必需在Maxwell和Icepak单元里激活温度反馈的设置。

Maxwell和Icepak单元中激活温度反馈

5、 在FeedbackIterator中设置耦合的最大迭代步数以及迭代的收敛尺度(首要是经由温度的相对改变量来判断是否收敛)。

设置迭代步数及收敛尺度

6、 在FeedbackIterator下点击Update,主动驱动Maxwell和Icepak进行电磁—热流耦合模拟较量。

完成电磁—热流的耦合迭代较量

在较量竣事中,能够查察Maxwell较量的线圈和铝块的电磁热损耗、电流矢量图。

线圈的涡流热损耗云图

铝块的涡流热损耗云图

铝块中涡流的电流云图及矢量图

将Maxwell较量的热耗和Icepak统计的热耗比拟,相对误差极小。

Maxwell较量的电磁热损耗.VS.Icepak统计的热耗

将Icepak较量的温度与反馈至Maxwell的温度比拟较,相对误差也非常小。

反馈至Maxwell的温度.VS.Icepak的温度对照

以上数据充裕证实在ANSYSWorkbench平台下,各个CAE单元能够将电磁-热流的数据互相传递,从而对电子设备进行正确的多物理场耦合较量。