摘 要

随着科技的进步，各种各样的散热方式逐渐出现，同时也出现了许多分析、模拟散热的软件，让我们更加便捷地知晓散热设计是否可行。通过使用电脑软件对自己设计的水冷电阻模块进行分析，我们可以节省很多的时间，同时，也节约了一些人力物力资源。本文采用了有限元分析的方法，借助有限元我们可以把一些非常复杂的问题简单化，然后对简化的问题进行求解，得出复杂问题的近似解，使设计更加便捷。对于水冷电阻来说，水冷电阻的环境温度是需要我们重点关注的，我们采用ANSYS Icepak对水冷电阻进行温度场的分析。从中，我们得到了水冷电阻在规定工作条件下的温度分布图，可以从图中得知水冷电阻的工作温度，评估能否正常工作。本文通过对水冷电阻散热的仿真设计，由结果可知在给定的条件下可以正常工作，也可以为水冷电阻的设计提出一些建议。

关键词：水冷电阻；有限元分析；Icepak；温度场分析

Abstract

With the progress of science and technology, a variety of heat dissipation methods have emerged gradually. At the same time, many software for analysis and simulation of heat dissipation have also emerged, making it easier for us to know whether heat dissipation design is feasible.By using computer software to analyze the water-cooled resistor module, we can save a lot of time, at the same time, we can also save some manpower and material resources.In this paper, the finite element analysis method is adopted. With the help of finite element, we can simplify some very complex problems, and then solve the simplified problems to obtain approximate solutions of complex problems, which makes the design more convenient.For the water-cooled resistor, the ambient temperature of the water-cooled resistor needs our attention. We use ANSYS Icepak to analyze the temperature field of the water-cooled resistor.From this, we have obtained the temperature distribution diagram of the water-cooled resistor under the specified working conditions, from which we can know the working temperature of the water-cooled resistor and evaluate whether it can work normally.In this paper, through the simulation design of cooling water resistance, it can be seen from the results that it can work normally under the given conditions, and it can also provide some suggestions for the design of water resistance.

Key words: water-cooled resistor；finite element analysis；Icepak； temperature field analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 电力电子散热简介 2

1.2.1 散热技术 2

1.2.2 水冷电阻简介 4

1.3 电力电子散热研究现状 4

1.3.1 风冷散热 4

1.3.2 液体散热 5

1.3.3 微通道冷却 5

1.3.4 其他方式 6

1.4 课题研究的内容和方法 6

1.4.1 课题研究的基本内容 6

1.4.2 课题研究采用的方法 6

1.5 本章小结 7

第2章 电力电子器件散热原理 8

2.1 器件的散热分析 8

2.2 传热的基本原理 9

2.3 本章小结 10

第3章 仿真应用软件和CFD原理的介绍 11

3.1 计算流体力学概述 11

3.1.1 计算流体力学简介 11

3.1.2 计算流体力学的意义 11

3.2 计算流体力学基础理论 12

3.3 仿真软件的介绍 13

3.3.1 建模软件介绍 13

3.3.2 仿真软件介绍 13

3.4 本章小结 13

第4章 模型的建立与处理 14

4.1 模型的建立 14

4.2 网格划分 15

4.3 水冷电阻属性设定 17

4.4 求解设置 18

4.5 本章小结 20

第5章 仿真与结果分析 21

5.1 仿真的运行结果 21

5.2 仿真结果分析 22

5.3 本章小结 24

第6章 总结与展望 25

6.1 总结 25

6.2 展望 26

致谢 27

参考文献 28

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着技术的发展，大约在十九世纪，电力电子器件的集成度得到提高，从而使得其发热功率也逐渐变大，相比于之前的电力电子器件，需要采用更加有效地散热装置才能保证器件能够工作在额定状态或者最佳状态。随着发热功率的增大，电力电子器件产生的热量也会增多，使其工作温度升高，严重时可能会导致电力电子器件的失灵。因此目前来说，散热技术对于电力电子器件的工况有着重要的作用^[1]。对于大功率型的电力电子设备，散热技术的散热效果越好，越能保证电力电子器件的工作可靠性^[2]。

目前许多电力电子设备失控的原因是其工作的环境温度过高^[3]。因此，对于电力电子设备而言，温度的控制就是设备设计的关键所在，我们需要考虑许多可能会引起器件周围温度升高的因素，需要考虑设备的工作自然环境，同时要考虑一些特殊的情况，避免因为特殊现象而导致器件无法工作的现象。