4 Mô hình hệ thống dòng phun vuông góc vào mặt phẳng trong làm mát các thiết bị năng lượng điện

Đồ án tốt nghiệp



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



Hình 1.4

Lượng nhiệt sinh ra trong các thiết bị năng lượng điện được lấy ra từ các đường dấn

nhiệt hay bằng các thiết bị .trên hình 1.4 ở trên cùng là các linh kiện trong thiết bị lớp

tiếp theo là một lớp dung môi cách điện có thể là một lớp gốm dày khoảng 250 các lớp

tiếp theo là lớp vật liệu có hệ số dấn nhiệt tốt như nhôm có bề dày khoảng 210

Cuối cùng là mảng có các lỗ để tạo ra dòng phun. Các dòng phun phun trực tiếp vào

các lớp đệm tiếp xúc với các linh kiện.

1.4.2 Mô tả

Một hệ thống làm mát bằng dòng phun va chạm nước được phun qua một loạt các

vòi phun hẹp với đường kình 1mm được thiết kế trên các ô của đế tản nhiệt



Hình 1.5 mô hình



Sinh viên:Phạm đình thức



Page 9



Đồ án tốt nghiệp



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



Bơm đẩy nước tới các mảng vòi phun và phun vào mặt phẳng tiếp xúc với các linh kiện

cần làm mát.sau đó nước lại theo đường khe thoát nước lại thực hiên quá trình làm mát

tiếp theo. Các vòi phun được thiết kế như hình 1.6



Hình 1.6

1.4.3 mô hình thiết kế trực tiếp

Một đế tản nhiệt có kích thước 105mmx60mm ,mỗi tấm đế chia làm 12 ô ,11 ô có

kích thước 6x8 trong đó có các lỗ đường kính 1mm và cách nhau 2mm (48 lỗ trong

một ô) hình 1.7 và ô cuối cùng được dùng làm lối ra cho chất lỏng nó không chữa lỗ

nào .các chất lỏng được phun qua các lỗ đó với vận tốc lớn các lỗ thành các vòi phun

phun tơi mặt phẳng cần làm mát.hệ số truyền nhiệt được cung cấp nhờ các dòng chảy

của chất lỏng trên tấm phẳng đệm.độ dày tấm phun 1.5mm và khoảng cách phun

1.5mm các buồng thông gió bên trên các vòi phun 2mm có tác dụng thúc đẩy sự va

chạm của chất lỏng vơi thành phẳng .sau va chạm trên tấm đệm nước làm mát được

Sinh viên:Phạm đình thức



Page 10



Đồ án tốt nghiệp



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



đưa ra qua lỗ cắm ống xả nó lại được bơm làm mát cho quá trình tiếp theo.quá trình

phun va chạm tiếp tục tiến hành với những ô khác có các vòi phun .Với việc sử dụng

thích hợp xả ống thoát nước để chuyển hướng nước làm mát các mảng khác các mảng

được thể hiện ở hình 1.9



Hình 1.7

Vật liệu của mảng được làm từ thép không gỉ,các tấm đệm được làm băng nhôm có

rãnh như hình 1.8



Sinh viên:Phạm đình thức



Page 11



Đồ án tốt nghiệp



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



Hình 1.8



Hình 1.9 mô phỏng sự thay đổi mảng làm mát qua xả khe thoát nước

Việc sắp xếp các ô 6x8 để giảm tác động của dòng chảy xuyên hạ lưu của chất lỏng

,việc sử dụng các mảng vòi phun nhỏ ví dụ 3x3 sẽ tăng số lượng ô trên tấm tản nhiệt

điều này sẽ làm tăng diện tích chiếm chỗ bởi các bức tường và các khe xả do đó làm

giảm diện tích làm việc giảm hiệu quả việc truyền nhiệt làm mát.hệ thống làm mát

dòng phun va chạm này tương thích hấu hết các thiết bị năng lượng điện tử thương mại

được xây dựng trên quy mô lớn

Sinh viên:Phạm đình thức



Page 12



Đồ án tốt nghiệp



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS

1 giới thiệu chung

ANSYS được lập ra từ năm 1970, do nhóm nghiên cứu của Dr.John Swanson, hệ

thống tính toán Swanson, tại Hợp Chủng Quốc Hoa Kì. Trong hệ thống này, bài toán

cơ kỹ thuật được giải quyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc.

Phương pháp phần tử hữu hạn FEM (Finite Element Method) là phương pháp không

nhưng chỉ ngày càng ngày được sử dụng nhiều để giải quyết các bài toán cơ kỹ thuật,

mà còn ngày càng ngày được sử dụng rộng rãi lĩnh vực khác trong kỹ thuật và nó mang

lại hiệu quả cao.

Hiện nay như chúng ta đã biết, có rất nhiều phần mềm đang có mặt tại Việt nam

như: ANSYS, MARC, SAMCEF, SAP 2000, STAAD III, MEANS, FEAP, DEFORM,

ABAQUS… và có một số phần mềm đã được đưa vào giảng dạy ở một số trường kỹ

thuật. Trong đó có phần mềm ANSYS, nó là một chương trình rất mạnh giải các bài

toán về kỹ thuật và nó là được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật như kết

cấu, dòng chảy, nhiệt, điện, điện từ, âm học, sinh học… phần mềm ANSYS gồm nhiều

modul khác nhau: ANSYS/Multiphysics, ANSYS/Mechanical, ANSYS/Professional,

ANSYS/Structural,



ANSYS/LS-DYNA,



ANSYS/LinearPlus,



ASYS/Thermal,



ANSYS/Emag, ANSYS/FLOTRAN, ANSYS/PrepPost, ANSYS CFX, ANSYS ED,

ANSYS PTD, ANSYS TASPCB, ANSYS ICEM CFD, ANSYS AI*Evironment,

ANSYS DesignXploder, ANSYS DesignModeler, ANSYS DesignExplode VT,

ANSYS BledeModeler, ANSYS TurboGrid, ANSYS AUTODYN…

Hiện nay, phần mềm không ngừng phát triển ra các phiên bản mới như ANSYS

14.5, ANSYS 15. ANSYS có thể giải được các bài toán tuyến tính, phi tuyến trong các

lĩnh vực như cơ học vật rắn, cơ học lưu chất… Mặt khác, phần mềm ANSYS không

chỉ hỗ trợ hơn 200 kiểu phân tử khác nhau, mỗi kiểu phần tử là một dạng bài toán, mà

còn kết nối với các phần mềm khác như ACAD,SOILDWORK, PRO/E,

Hypermesh….để phân tích các bài toán có kết cấu phức tạp. Để giải các bài toán mà số



Sinh viên:Phạm đình thức



Page 13



Đồ án tốt nghiệp



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



phần tử lớn thì phải đòi hỏi cấu hình máy tính cao, ví dụ ANSYS 15 có thể chạy trên

môi trường Windows NT, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, tất cả các hệ

điều hành có thể là 32bit hoặc 64bit. Cấu hình tối thiểu cho phiên bản ANSYS 15 là:

Pentium Pro, Pentium 3~4, bộ nhớ RAM 128M trở lên, ổ cứng dư tối thiểu là 500M,

chuột 100% tương thich với các phiên bản của hệ điều hành đang dùng.

Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự phát triển

của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử

dụng để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thuỷ khí, các bài toán động, bài toán

tường minh và không tường minh, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về

trường điện từ, bài toán tương tác đa trường vật lý. ANSYS là một phần mềm mạnh

được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên

của cơ học. Trong tính toán thiết kế cơ khí, phần mềm ANSYS có thể liên kết với các

phần mềm thiết kế mô hình hình học 2D và 3D để phân tích trường ứng suất, biến

dạng, trường nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, có thể xác định được độ mòn, mỏi và phá huỷ

của chi tiết. Nhờ việc xác định đó, có thể tìm các thông số tối ưu cho công nghệ chế

tạo. ANSYS còn cung cấp phương pháp giải các bài toán cơ với nhiều dạng mô hình

vật liệu khác nhau: đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến, đàn dẻo, đàn nhớt, dẻo, dẻo

nhớt, chảy dẻo, vật liệu siêu đàn hồi, siêu dẻo, các chất lỏng và chất khí…

ANSYS (Analysis Systems) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn

(Finite Element Analysis, FEA) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế công

nghiệp, đã và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật: kết

cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý.

Cấu trúc cơ bản một bài tính trong ANSYS. Tổng quát cấu trúc cơ bản của một bài

tính trong ANSYS, gồm 3 phần chính: tạo mô hình tính (preprocessor), tính toán

(solution) và xử lý kết quả (postprocessor). Ngoài 3 bước chính trên, quá trình phân

tích bài toán trong ANSYS còn phải kể đến quá trình chuẩn bị (preferences) chính là

quá trình định hướng cho bài tính. Trong quá trình này ta cần định hướng xem bài toán

ta sắp giải dùng kiểu phân tích nào (kết cấu, nhiệt hay điện từ...), mô hình hoá như thế

Sinh viên:Phạm đình thức



Page 14



Đồ án tốt nghiệp



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



nào (đối xứng trục hay đối xứng quay, hay mô hình 3 chiều đầy đủ ...), dùng kiểu phần

tử nào (Beam, Shell. Plate...).

Hiểu được các bước phân tích này trong ANSYS sẽ giúp ta dễ dàng hơn trong việc giải

bài toán của mình. Vấn đề đặt ra là làm sao để thể hiện những ý tưởng này trong

ANSYS. ANSYS cung cấp 2 cách để giao tiếp với người dùng (Graphic User Interface,

GUI): công cụ trực quan dùng menu với các thao tác click chuột hoặc viết mã lệnh

trong một file văn bản rồi đọc vào từ File/Read input from ,ta cũng có thể dùng kết hợp

2 cách này một cách linh hoạt: dùng lệnh tạo cấu trúc, rồi dùng menu khai thác kết

quả…

Các dòng sản phẩm của Công ty Ansys đã thiết lập nên một chuẩn mực trong mô

phỏng kỹ thuật. Công ty ANSYS xây dựng, phát triển, cung cấp phần mềm và hỗ trợ

toàn cầu cho các giải pháp mô phỏng kỹ thuật nhằm dự đoán các ứng xử của sản phẩm

ở trong môi trường sản xuất và sử dụng thực tế. Công ty ANSYS là công ty hàng đầu

trong việc phát triển cả công cụ và công nghệ CAE (Computer-Aided Engineering).Các

giải pháp Ansys giúp doanh nghiệp không chỉ biết được các tính năng hoạt động của

sản phẩm mà cả chất lượng thiết kế của nó.

2



phần mềm mô hình hóa dòng chảy CFD



2.1 khái niệm về CFD

CFD-Computational Fluid Dynamics: Đây là lĩnh vực khoa học sử dụng các

phương pháp số kết hợp với công nghệ mô phỏng trên máy tính để giải quyết các bài

toán liên quan đến các yếu tố chuyển động của môi trường, đặc tính lý hóa của các quá

trình trong môi trường đang xét, đặc tính sức bền của môi trường, đặc tính nhiệt động,

đặc tính động học, hay đặc tính động lực học hoặc khí động lực học, đặc tính lực, hoặc

đặc tính lực moment và tương tác của các môi trường với nhau....phụ thuộc vào từng

đối tượng và phạm vi cụ thể của từng vấn đề, từng lĩnh vực khoa học mà CFD có thể

ứng dụng được



Sinh viên:Phạm đình thức



Page 15



Đồ án tốt nghiệp

2.2



Nghành Kỹ Thuật Cơ Khí



Đặc điểm ,phương pháp nghiên cứu, đối tượng làm việc, ứng dụng và vai trò



của CFD

2.2.1 Đặc điểm CFD

ANSYS FLUENT là một phần mềm với những khả năng mô hình hóa một cách

rộng rãi các đặc tính vật lý cho mô hình dòng chảy chất lưu, rối, trao đổi nhiệt và phản

ứng được áp dụng trong công nghiệp từ dòng chảy qua cánh máy bay đến sự cháy

trong 1 lò lửa, từ các cột bọt khí đến các đệm dầu, từ dòng chảy của các mạch máu cho

đến việc chế tạo các vật liệu bán dẫn và từ thiết kế các căn phòng sạch cho đến các

thiết bị xử lí nước thải. Các mô hình đặc biệt giúp cho phần mềm có khả năng mô hình

hóa buồng cháy động cơ cylinder, khí động học sự truyền âm, máy cánh và các hệ

thống đa pha nhằm phục vụ cho việc mở rộng khả năng của phần mềm.

Ngày nay, hàng ngàn công ty trên thế giới đã thu được lợi nhuận lớn từ việc sử dụng

ANSYS FLUENT để phân tích những thiết kế của họ và việc tối ưu hóa quá trình phát

triển sản phẩm. Các bộ giải kỹ thuật tiên tiến giúp đưa ra những kết quả CFD nhanh và

chính xác, lưới chuyển động hay biến dạng và khả năng tăng tốc chạy song song. Các

chức năng người dùng định nghĩa cho phép bổ sung những mô hình mới hay những

tương tác người dùng trên mô hình đang tồn tại. Những khả năng thiết lập bộ giải

tương tác, quá trình giải và hậu xử lý của ANSYS FLUENT làm cho dễ dàng có thể

tạm dừng tính toán, kiểm tra kết quả với quá trình hậu xử lý đã được phân tích, thay

đổi bất cứ thiết lập nào và sau đó tiếp tục tính toán với từng ứng dụng.

Ngày nay, hàng ngàn công ty trên thế giới đã thu được lợi nhuận lớn từ việc sử dụng

ANSYS FLUENT để phân tích những thiết kế của họ và việc tối ưu hóa quá trình phát

triển sản phẩm. Các bộ giải kỹ thuật tiên tiến giúp đưa ra những kết quả CFD nhanh và

chính xác, lưới chuyển động hay biến dạng và khả năng tăng tốc chạy song song. Các

chức năng người dùng định nghĩa cho phép bổ sung những mô hình mới hay những

tương tác người dùng trên mô hình đang tồn tại. Những khả năng thiết lập bộ giải

tương tác, quá trình giải và hậu xử lý của ANSYS FLUENT làm cho dễ dàng có thể



Sinh viên:Phạm đình thức



Page 16