CFD Simulation.

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1 CFD Simulation

2 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 2

3 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) 3

4 Projektüberblick / Erfahrungsbandbreite NMB Lüfteranalyse und -Optimierung Axiallüfter (Standard und mit Leitvorrichtung) Radiallüfter (Laufräder und Blower mit Gehäuse) Automobil-Zulieferer LED Scheinwerfer Kühlkörper Lüfter für LED-Scheinwerfer Display für Navigationsysteme Haushaltsgeräte Kühlschränke (mehrere Projekte), Lüfter und Luftführung Induktionsherd Elektronikkühlung Wäschetrockner mit Heatpipes und Thermoelektrischen Modulen Telekommunikation ATCA (Lüfterkonzept neu) Data Center Network switch rack Unterhaltungselektronik LED TV Hintergrundbeleuchtung, Elektronikkühlung Set-Top-Boxen Spielekonsolen (Lüfteroptimierung) Car Audio Systeme Luftführung und Kühlkörperoptimierung Stromversorgungen PC (Desktop / Server Computer) LED-Driver Ladegerät für Akkus / Elektroautos Inverter für Solarpanels Motorsteuerungen Gas Boiler Blower Computer komplett vom Notebook über Desktop bis zum Rack Server Hochleistungsdrucker / Kopierer und vieles mehr 4

5 Beratung Thermisches Management Möglichkeiten der Qualitätslenkung Kosten für Redesign Idee Entwurf Detaillierung Prototyp Serie 5

6 Beratung Thermisches Management Idee Idee Machbarkeitsstudien Machbarkeitsstudien realisierbar? Entwicklungsphasen Entwurf Entwurf Detaillierung Detaillierung Prototyp Prototyp Serie Serie Produkt-Update Produkt-Update Entscheidungshilfehilfen Entscheidungs- Optimierungsschritte Optimierungsschritte Problemlösung Problemlösung (neue (neue Funktionen Funktionen oder oder Anforderungen) Anforderungen) erstes Design passt kostengünstiges Design Komponentenauswahl Strömungsoptimierung kein "oversizing" Effiziente Lösungen für Kühlprobleme 6

7 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) 7

8 Beispiel Hochleistungskühlk hlkörper Conjugate Heat Transfer Problem Berechnung des Lüfterbetriebspunktes Lokale Lufttemperaturen Lokaler Wärmetransport Lokale Festkörpertemperaturen Wärmeleitung im Festkörper Wärmestrahlung 8

9 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 9

10 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 10