Pré-développement efficace grâce à des simulations de flux entièrement automatisées des dissipateurs thermiques
Secteur: Ingénierie électrique/électronique, Alimentation électrique, Construction de machines et d’installationsDiscipline: Mécanique des fluidesUn dissipateur ELEKTRON est parfaitement adapté à son utilisation. Les éléments indispensables à l'électronique de puissance industrielle sont "porteurs de vie" et prennent parfois des dimensions considérables. La conception est aussi individuelle que les domaines d'application. Grâce à une application de simulation programmée par CADFEM, ELEKTRON AG a réussi à fournir à ses clients une solution optimale en deux fois moins de temps qu'auparavant, sans avoir besoin de connaissances approfondies en matière de simulation.
Résumé
Tâche
ELEKTRON AG would like to rely more on simulation in the pre-development of heat sinks in the future in order to avoid expensive and lengthy prototypes. An easy-to-use app for geometry creation, meshing of the body and simulation including HTML report with 3D view is to be developed. The whole thing is based on Ansys Fluent as a reliable simulation software for computational fluid dynamics (CFD).
Solution
ELEKTRON AG souhaite à l'avenir s'appuyer davantage sur la simulation pour le pré-développement des dissipateurs thermiques afin d'éviter des prototypes longs et coûteux. Une application facile à utiliser pour la création de la géométrie, le maillage du corps et la simulation, y compris un rapport HTML avec vue 3D, doit être développée. Le tout est basé sur Ansys Fluent, un logiciel de simulation fiable pour la dynamique des fluides numérique (CFD).
Avantages clients
"En étroite collaboration avec CADFEM Suisse AG, nous avons réussi à automatiser le processus de simulation des dissipateurs thermiques forcés et à réduire de moitié le temps de développement en moyenne. La construction finale d'un seul prototype n'est utilisée que pour la vérification réelle de la variante virtuelle optimale déjà trouvée par simulation et pour l'acceptation par le client. Cela permet d'économiser énormément de temps et d'argent." (Sascha Walker, ELEKTRON AG)
ELEKTRON propose des dissipateurs thermiques pour l'électronique de puissance librement configurables selon les souhaits du client. Ceux-ci vont des dimensions d'une feuille de papier A4 à la taille d'une europalette et peuvent varier en termes de distances et de longueurs des ailettes de refroidissement, ainsi que dans l'épaisseur de base et le choix du matériau. Lors de la phase de pré-développement, les différentes conceptions sont examinées non seulement en fonction de leurs performances de refroidissement et de leurs coûts de fabrication, mais aussi en fonction des technologies de fabrication disponibles. En raison des dimensions importantes et des coûts élevés de la construction de prototypes, celle-ci n'est utilisée que pour la vérification réelle de la variante virtuelle optimale déjà trouvée au moyen de la simulation. Il devrait maintenant être possible de réaliser ces mêmes simulations à l'aide d'outils automatisés. ELEKTRON souhaitait une application facile à utiliser avec Excel comme interface utilisateur, dans laquelle la création de la géométrie, le maillage du corps (mesh) ainsi que la saisie des conditions aux limites et le calcul de la simulation se font automatiquement. Les résultats doivent être présentés dans un rapport HTML avec une vue en 3D.
L'efficacité réelle de la solution a rapidement été mise en évidence dans l'un des premiers projets réalisés par ELEKTRON AG. Le client souhaitait réduire de dix pour cent la résistance thermique (Rth) d'un dissipateur thermique existant. Pour répondre à l'exigence du client, Sascha Walker a effectué trois calculs à l'aide de l'application CADFEM : une fois pour la conception précédente du dissipateur thermique, avec une valeur Rth de 16,4 ; puis une version extrudée, qui s'est avérée inutile avec une valeur Rth de 19,7 ; et enfin une version soudée au laser, qui a donné une valeur Rth de 14. À partir de l'amélioration de 10 % de la valeur Rth demandée par le client, ELEKTRON a réussi à présenter une conception optimisée du dissipateur thermique avec une amélioration de 14 %. L'attente du client a donc été clairement dépassée. À ce succès s'ajoute la rapidité avec laquelle l'optimisation a été réalisée.
L'application CADFEM sur les dissipateurs thermiques a fourni la réponse appropriée : Un formulaire Excel clair et interactif permet à l'utilisateur de définir le dissipateur thermique en termes de nombre, de longueur et de largeur des ailettes, de la plaque de base et de tous les matériaux utilisés. Dans l'étape suivante, les surfaces des sources de chaleur et leur puissance sont définies. Cliquer sur "Start" est la dernière action de l'utilisateur, et les scripts pour la configuration de la géométrie, pour le maillage structuré avec le Workbench Mesher et pour la configuration de la simulation, le calcul et l'évaluation avec Ansys Fluent sont exécutés de manière entièrement automatique. À la fin, un rapport HTML s'ouvre dans le navigateur avec toutes les informations sur les conditions aux limites et les matériaux de la simulation, ainsi que tous les résultats. Ceux-ci incluent également les tracés de contour 3D, par exemple pour évaluer la distribution de la température de tous les côtés.
