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2021 - 01 - 13
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2021 - 01 - 07
作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1371字,阅读时间预计4分钟编者按作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。背景挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉...
2020 - 12 - 16
作者:刘琼  上海安世亚太光学应用工程师文章首发:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1609字,阅读时间预计5分钟编者按《赛博朋克 2077》作为最近大热的一款游戏,因其高还原度场景、酷炫的光影效果和未来感而令无数玩家心驰神往。那么这款游戏到底为什么比其他3D游戏画面更逼真呢?作者在文中对其进行了分析,让你更懂《赛博朋克 2...
2020 - 12 - 09
编译:吴华春 上海安世亚太结构应用工程师本文共计1816字,阅读时间预计6分钟编者按本篇内容原文来自LSTC公司,作者阐述了如何使用LS-PREPOST在LS-DYNA关键字模型中查找并移除交叉边缘和初始穿透。什么是穿透?交叉边缘/ Crossed edges单元的边缘穿过另一个shell单元中间表面,或表面穿过solid单元,在LS-DYNA中不是经典意义上的穿透。但是,在LS-DYN...
2020 - 11 - 25
作者:王晨希  上海安世亚太高频电磁高级技术专家本文共计2216字,阅读时间预计7分钟编者按作者分析了美国空军一号抵御核爆的秘密,包括如何抵御冲击波、核辐射以及电磁脉冲。在抵御电磁脉冲上,美国空军一号用了三层保护机制,可见对飞机这种精密电子飞行器杀伤力更大的当属电磁脉冲。大名鼎鼎的美国空军一号,美国总统的专属座机,被誉为世界上最安全的飞机。这架不同于任何传统客机的总统专机,拥有世界上最顶...
2020 - 10 - 21
作者:陈康 上海交通大学本文共计3111字,阅读时间预计10分钟编者按作者介绍了壁膜现象、欧拉壁膜模型与部分浸润效应的内在机理,并依此建模进行案例测试分析,以此探索不同壁膜接触角下与质量通量下壁膜形态演变规律的差异,希望可以启发更多的思考探索。介绍壁膜广泛存在于日常生活中,并且在工业生产中也扮演重要角色,如汽车车窗的除雾、冰箱设计、食品冷藏技术中冷凝壁膜的杀菌等应用。壁膜是由液滴撞击到固体壁面上形...

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ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用
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ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用

介绍

2018年国内新能源汽车销量超过百万辆,同比增长60%。一方面依托于中国庞大的市场和政策扶持力度,整个产业链迎来了大爆发。但另一方面,随着补贴撤退,热度下降的同时之前被暂时掩盖的一些技术问题重新被关注起来。解决这些问题就可能在这个行业走得更远、走得更好。


新能源汽车动力电池热管理关乎到电池组性能和寿命,是每个相关企业都重点关注的问题。电池在使用过程中除了将电能转化为机械能,还有相当一部分电能以热的形式消耗掉,这是无法避免的。因此电池pack在设计时需要考虑到散热需求,以维持锂离子电池在合适的工作温度范围内。散热按散热方式可分为被动散热和主动散热,按散热介质可分为风冷和液冷。随着电池能量密度越来越大,风冷很难满足散热要求,因此pack水冷设计普遍被采用。


水冷板的设计主要由流速、进出口位置、流道形式和结构、加工工艺等因素确定。一般来说,水冷板设计除了要满足散热需求,还需要考虑冷板均温性和流阻。要实现冷板均温性,各流道流量均匀性是必要条件。本文利用ANSYS DesignXplorer(DX)软件进行冷板流道结构尺寸的自动优化,以实现流量在各个流道的均匀分布。


整个分析、优化流程如下图,用到的软件包括参数化建模模块ANSYS DesignModeler(DM)、网格划分模块ANSYS Meshing(AM)、求解模块ANSYS Fluent和优化模块DX,其中优化模块包含试验设计(DOE)、响应面拟合(Response Surface)和优化(Optimization)。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用


                   


01
 参数化几何建模



DM里建立如下U型流道的几何模型,代表冷板局部结构,将导流板到两边的距离设置为可变参数。初始条件下,每个导流板连同最终中间隔板的到边距离全部相等。另外切割出流量监测面,以便后续优化时使用。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用



02
 网格划分



几何结构比较简单,用ANSYS通用网格工具AM即可,设置全局尺寸,注意局部壁面添加inflation。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用



03
  求解



求解设置比较简单,打开Fluent,介质切换为水(water-liquid),设置进出口边界条件,采用速度入口+压力出口的配置,入口速度1m/s(假设值),其余均保持默认。


请注意,在Fluent要输出如下7个参数,分别是总流量和每个通道内的流量。

ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用

ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用

ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用



最终双击Workbench界面的Parameter Set就可以看到所有的输入、输出参数总表。在这个表里另外再增加一个输出参数P21,定义为 ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用代表各个通道流量偏离平均流量的程度。若要实现流量均匀性,则该变量的值要尽可能小。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用



计算结果显示,由于初始设计的各个导流板长度相等,流量在各个流道的分配很不均匀,P21达到0.891 kg2/s2。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用


流道编号

流量 kg/s

1

0.217

2

0.692

3

1.022

4

0.245

5

0.589

6

1.153

P21

0.891



04
优化



4.1  试验设计(DOE)


进入优化模块,首先要设计试验,根据输入参数的数据采集设计参数样本计算每个样本的响应结果。试验设计方法有中心符合设计法、优化空间填充设计法、用户自定义设计等。本次选用Optimal Space-Filling Design方法,采样点的布置更均匀。DX自动根据参数数量设计样本点,本次共148个样本点。点击Workbench的按钮,依次计算这些样本点。此处根据模型复杂程度、并行数量和计算机配置,计算时间可能会持续几个小时以上。最终会得到这148个样本点的各流道流量及P21这个值。为下一步得到响应面提供分析数据。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用


4.2  响应面拟合(Response Surface)


响应面拟合采用神经网络法(Neural Network),适合用于高度非线性的响应、输入参数和设计点多的情况。经过短时间的拟合计算,即可得到各个输入参数对输出参数的响应面(2D和3D图像表示)、灵敏度图(各个输入参数对每一个输出参数的相对影响程度)和蛛状图(所有输出参数在输入参数在当前值的响应)。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用

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ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用

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4.3 优化(Optimization)


进入优化阶段,DX提供了六种优化方法,本次采用多目标遗传算法(MOGA)。演示流程,为了简化目的,本次仅设置目标为P21这个参数值最小。如果有压降要求,则需要在Fluent设置时添加进出口压降的输出参数,然后在下图界面里添加这个目标并设置其约束。完成目标和约束的设置,点击ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用,经过一段时间(数分钟)自动寻优,DX根据响应面结果返回三个候选方案。这三个方案的准确结果还需要代回Fluent里详细计算,这一过程称为验证(Verified)。可以在设置优化方法是勾选上“Verify Candidate Points”或者后续手动操作。


ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用


完成这一步,整个优化过程基本上就完成了。接下来只需要把最佳方案作为设计点插入Parameter Set表中(如下图)即可。


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优化过后的导流板到边距离及速度分布云图如下图,与初始设计相比,各个流道的流量均匀性已经大为改善,代表均匀性偏差的P21这个参数从0.891降到0.077。

ANSYS DesignXplorer 参数化优化在水冷板流道设计中的应用

改进设计


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初始设计


优化前后结果统计对比

流道编号

流量 kg/s

流量 kg/s

1

0.217

0.405

2

0.692

0.483

3

1.022

0.610

4

0.245

0.432

5

0.589

0.376

6

1.153

0.690

P21

0.891

0.077


上面即是利用ANSYS DesignXplorer对冷板结构进行参数化的全流程,通过DX自动寻优为我们找到了更优选的方案。


本文演示的是动力电池水冷板结构的优化,其实这一过程也可以用在燃料电池流道均匀性优化等其他涉及几何结构和工艺参数优化的场景。不同于传统的经验设计存在一定盲目性,利用软件进行优化设计既可以弥补经验的欠缺,也使我们的设计更有说服力和效率。



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2021 - 01 - 13
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1435字,阅读时间预计5分钟编者按作者由浅入深,通过《数码宝贝》引申出数字孪生的发展历程与生活中的实际运用,分析了数字孪生运用中的重点及难点,最后通过案例展示了数字孪生的使用方式。或许大家有发现数字孪生的概念正慢慢地变得火热起来。不仅变成了众多行业、企业,各种大中小型研讨会追捧的话题,也成为了大家茶余饭后的谈资。数字孪生可以说1970年Apollo 13事故中拯救了三位宇航员的模拟器是第一个数字孪生的应用。而概念上的起源是2002年Michael Grieves在密西根大学做演讲时在PLM概念模型中首次提出的现实与虚拟空间的概念,之后在其著作中被称之为镜像空间模型(Mirror Space Model),演化至今成为了数字孪生(Digital Twin)。数字孪生是一种超越现实的概念,如今可以被视为一个或多个重要且彼此依赖的装备系统间的数字映射系统。数字孪生是某个特定实体产品/系统的数字表示,能够更深入地洞察该产品的状态、性能和行为;能够实现系统设计、优化、预见性维护、优化工业产品管理。这种方式充分利用了物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成为一个多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。举个简单点的例子:不知道大家还是否记得《数码宝贝(Digital Monster)》 ,数码暴龙机与数码暴龙的结合就是比较典型的数字孪生早教片了。▲暴龙实体▲暴龙数字体这个听起来可能是养成 + 战斗类游戏,而反应在工业上严谨度会更高。类似的是:你有关心的重要设备(Monster)、各种不同的工况、不同的环境以及他们之间的影响(Buff),我们通过监控虚拟设备的运行情况,结合实际工况/数据的实时采集(HP/MP),能及时预测、发现并解决问题,使得系统良好运转(Fi...
2021 - 01 - 07
作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1371字,阅读时间预计4分钟编者按作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。背景挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉伸和挤压过程中表现出复杂的粘弹性行为,因此熔体在模具中和自由端的流动行为非常复杂。目前主要采用实验方法和数学解析的方法来进行研究,前者由于需要反复模具试制、多次试模才能得到合格的产品,且一类经验在其他类型产品中复制性差,造成生成时间周期长,难以满足激烈的市场竞争需求;对于数学解析的方法,随着流变学的发展和计算机技术提高,使这种方法越来越成熟,ANSYS POLYFLOW经过多年的发展,目前已包括丰富的求解功能:可以求解的网格类型多包括三角形、四边形、四面体、六面体等,网格变形工具包括网格叠加技术、网格自适应、网格重构,适应求解网格大变形问题;对于前处理软件有很好的接口可以读入ANSYS meshing、ICEM、GAMBIT网格工具生成的网格;丰富的求解模型包括牛顿流体、广义牛顿流体、粘弹性流体等多种流变模型。因此,POLYFLOW特别适合应用于聚合物成型加工、玻璃工业及食品行业中的材料流动模拟。在塑料产品加工行业应用包括挤出成型、吹塑成型、拉丝、涂覆工艺的流动、传热问题。POLYFLOW在挤出成型中的优化应用在挤出成型中,挤出产品的形状是挤出口模设计的一个重要目标,而挤出胀大现象给具有形状和尺寸要求的模具设计带来了一定难度。另外,熔体流出口模截面速度的差异,同样会造成产品内应力增大,造成产品变形严重。对此,我们可以通过优化模具内部通道,改善出口截面流速的差异,...
2020 - 12 - 16
作者:刘琼  上海安世亚太光学应用工程师文章首发:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1609字,阅读时间预计5分钟编者按《赛博朋克 2077》作为最近大热的一款游戏,因其高还原度场景、酷炫的光影效果和未来感而令无数玩家心驰神往。那么这款游戏到底为什么比其他3D游戏画面更逼真呢?作者在文中对其进行了分析,让你更懂《赛博朋克 2077》。2020年12月10日,《赛博朋克 2077》这款波兰游戏公司CD Projekt RED打磨已久的作品,历经了数次跳票之后终于来到了玩家们的手中。即便那天是工作日,但仍未影响到游戏的热度,Steam平台上同时在线玩家数量依然庞大。作为打工人的我不禁陷入了沉思:“你们是怎么做到的?”既然领导不给假,看看游戏介绍和评论总可以吧?“ 《赛博朋克 2077》是一款彻头彻尾的 RPG 作品,相信很多玩家都会沉迷于第一人称和火光四溢的未来战斗中,这款作品也许会成为近年来最令人激动、血脉偾张、有趣的游戏作品之一。”“《赛博朋克2077》全球游戏媒体评分大致如下,IGN 9分,GameSpot 7分,Game Informer 9分。截止12月10日MetaCritic共收录43家媒体评分,均分91。”既然评论这么好,试试购买下载安装总可以吧?终于迎来了数月内第一个不用加班跑仿真的周末,瓜子零食水果都准备好了。然而当打开游戏的那一刻突然发现,游戏的画面怎么和宣传照里面的差别那么大?我的电脑配置明明已经很好了啊。不行,我要退款!冷静下来后,我开始上网搜索和我一样遭遇的小伙伴。经过一番查探,我的表情逐渐凝固,并开始意识了到问题的严重性。我的显卡好像无法支持”RTX Ray Tracing”?游戏画面为什么这么差?原因找到了!传统3D游戏的渲染一直在使用光栅化技术。该技术将3D模型转换为2D...
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