CFD Simulation www.dr-breier-consulting.de [email protected] Beratung Thermisches Management • • • Beurteilung und Erarbeitung von Kühlkonzepten Unterstützung bei der Beurteilung vorhandener Simulationsergebnisse Durchführung von Thermischen Simulationen / Strömungssimulationen mit 6SigmaET – vom Systemlevel bis hinunter zum Bauteilelevel – Verteilungen der Strömungsgeschwindigkeiten, Lufttemperaturen, Drücke, Festkörpertemperaturen (Komponenten, Bauteile) – Lüfterbetriebspunkt, Druckverluste • Optimierungskonzepte für Strömung und Wärmetransport, Kühlkörper, Lüftereinsatz © Dr. Breier Consulting 2 Beratung Thermisches Management Durchführung von Thermischen Simulationen / Strömungssimulationen mit 6SigmaET •Benötigte Eingabedaten – Geometrie- und Stoffdaten für Gehäuse, Aufbau, Mechanik – Perforationen – Leiterplatten • Abmessungen, Material, Gerber-Daten – Bauteile mit Verlustleistungen und zulässigen Temperaturen – Lüfter mit Kennlinie – CAD-Modell • STEP, STL – Einsatzbedingungen, Randbedingungen • Temperaturen der Umgebungsluft, evtl. Sonneneinstrahlung • stationäre oder transiente Betrachtung (Wärmekapazitäten) © Dr. Breier Consulting 3 Projektüberblick / Erfahrungsbandbreite • NMB Lüfteranalyse und -Optimierung • Unterhaltungselektronik – Axiallüfter (Standard und mit Leitvorrichtung) – LED TV Hintergrundbeleuchtung, Elektronikkühlung – Radiallüfter (Laufräder und Blower mit Gehäuse) • – Set-Top-Boxen Automobil-Zulieferer – Spielekonsolen (Lüfteroptimierung) – LED Scheinwerfer Kühlkörper – Lüfter für LED-Scheinwerfer • Car Audio Systeme – Luftführung und Kühlkörperoptimierung – Display für Navigationsysteme • • Haushaltsgeräte • Stromversorgungen – Kühlschränke (mehrere Projekte), Lüfter und Luftführung – PC (Desktop / Server Computer) – Induktionsherd Elektronikkühlung – Ladegerät für Akkus / Elektroautos – Wäschetrockner mit Heatpipes und Thermoelektrischen Modulen – Inverter für Solarpanels Telekommunikation – ATCA (Lüfterkonzept neu) – Data Center – Network switch rack – LED-Driver • Motorsteuerungen • Gas Boiler Blower • Computer komplett vom Notebook über Desktop bis zum Rack Server • Hochleistungsdrucker / Kopierer und vieles mehr © Dr. Breier Consulting 4 Beratung Thermisches Management Möglichkeiten der Qualitätslenkung Idee Entwurf Kosten für Redesign Detaillierung Prototyp Serie © Dr. Breier Consulting 5 Beratung Thermisches Management Entwicklungsphasen Idee Idee Entwurf Entwurf MachbarkeitsMachbarkeitsstudien studien EntscheidungsEntscheidungshilfen hilfen Detaillierung Detaillierung Prototyp Prototyp Serie Serie Produkt-Update Produkt-Update OptimierungsOptimierungsschritte schritte Problemlösung Problemlösung (neue (neueFunktionen Funktionen oder oder Anforderungen) Anforderungen) • realisierbar ? • erstes Design passt • • • • kostengünstiges Design Komponentenauswahl Strömungsoptimierung kein "oversizing" • Effiziente Lösungen für Kühlprobleme © Dr. Breier Consulting 6 6SigmaET Simulationssoftware • Anwendung – Nahezu jede Problemstellung, die mit Kühlung / Luftströmung zu tun hat – Berechnung von Lüfterbetriebspunkt, Temperatur- und Strömungsverteilung, alle lokalen Wärmeübertragungseffekte – Einsatz in den unterschiedlichsten Projekten / Applikationen, z.B. • • • • • Computer (PSU, Tower, Server, Rack, Notebook etc.) Automotive (LED Kühlkörper, HiFi, Navigation, e-Mobilität ...) Haushaltsgeräte etc. Kundennutzen – Komplettes Thermisches Management und Kühlungsoptimierung durch Simulation vom System-Level bis Bauteile-Level • Geometrie-Import über STL (Freiform-Flächen) © Dr. Breier Consulting 7 Beispiel Hochleistungskühlkörper Conjugate Heat Transfer Problem – Berechnung des Lüfterbetriebspunktes – Lokale Lufttemperaturen – Lokaler Wärmetransport – Lokale Festkörpertemperaturen – Wärmeleitung im Festkörper – Wärmestrahlung © Dr. Breier Consulting 8 Beispiel : Personal Computer • • • • • PC Kühlung Strömungsverteilung Temperaturverteilung Luft / Festkörper Strategien zur Optimierung des Kühlkörpers der CPU (Haube als Luftführung) Identifizierung eines Wirbels mit rotierender Luft (hohe Temperatur ohne signifikante Wärmequelle) – Maßnahme z.B. Luftleitbleche am Eintritt © Dr. Breier Consulting 9 Beratung Thermisches Management • • • • Die Maßnahmen zur Entwärmung finden heute immer noch sehr häufig erst gegen Ende der Entwicklung statt, wenn alle Details bereits festgelegt sind Design-Regeln sind eine Hilfe, bieten jedoch keine Garantie für ausreichende Kühlung Messungen sind sehr aufwendig und zeitraubend, die Ergebnisse müssen wegen der vielfältigen Einflussgrößen nicht unbedingt die reale Situation wiedergeben Thermische Simulation unterstützt dabei, Probleme frühzeitig zu identifizieren und zu vermeiden, auch ohne verfügbare Hardwarekomponenten Effiziente Kühllösungen so früh wie möglich im Design berücksichtigen, spätere Nachbesserungen sind teuer und zeitraubend © Dr. Breier Consulting 10
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