基于ANSYS WORKBENCH的散热器的优化设计.doc

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，管内蒸汽为，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，外部环境温度为，如图2所示： 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SolutionTemperature，得到的散热器温度场分布如图3所示； （2）激活SolutionTotal Hear Flux,得到的散热器热流率分布如图4所示； （3）激活SolutionReaction，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