Plattenlayout
Plattenoberflächentemperatur (2D)
Mit der Maus über die Karte fahren, um die lokale Temperatur abzulesen. Kanalverläufe sind weiß dargestellt.
Bauteiltemperaturen
Platte = mittlere Plattenoberfläche unter der Grundfläche. TIM ΔT = P × (t/k + Kontaktwiderstand) / Fläche. Gehäuse = Platte + TIM ΔT. Sperrschicht = Gehäuse + P·Rjc.
Durchflussverteilung auf die Kanäle
Kanal 1 liegt dem Eintrittsanschluss am nächsten. Verteilermodell: Reibung und Impuls in den Verteilern (Druckrückgewinn im Eintrittsverteiler, Zusatzverlust im Austrittssammler) gegen den Druckverlust jedes Kanals.
Ergebnisse
Aufteilung des Wärmewiderstands
1D-Modell, gleichmäßige Wärme: max. Oberfläche → Kühlmitteleintritt. Der größte Anteil zeigt, wo sich Verbesserungen lohnen.
Aufteilung des Druckverlusts
Anschlüsse, Verteiler und Umlenkungen sind Schätzwerte (feste Verlustbeiwerte).
Wärmeabfuhr über Durchfluss
Druckverlust über Durchfluss
Auslegung auf ein Ziel
Findet den kleinsten Durchfluss, die wenigsten Kanäle, die dünnste Platte oder das wärmste Kühlmittel, das Ihr thermisches Ziel noch erfüllt, optional mit Druckverlustgrenze. Verwendet das vollständige 2D-Modell.
Transiente Last
Wie sich die Temperaturen bei Überlast, Kaltstart oder gepulster Last zeitlich entwickeln. Die Wärmekapazität der Platte folgt aus Werkstoff und Volumen; die Wärmekapazität von Bauteilen (Modulbodenplatte, Batteriezellen) geben Sie bei den Wärmequellen ein. Lastfaktoren multiplizieren die aktuelle Wärmelast.
Temperaturen
Wärmelast
Parameterstudie
Variieren Sie eine Eingabe über einen Bereich und sehen Sie, wie Ergebnis und Druckverlust reagieren. Für die Geschwindigkeit wird ein gröberes 2D-Gitter verwendet.
Entwurfsvergleich
Speichern Sie bis zu vier Varianten und vergleichen Sie sie mit dem aktuellen Entwurf. Der beste Wert jeder Zeile ist hervorgehoben, vom aktuellen Entwurf abweichende Eingaben sind markiert.
Schritt-für-Schritt-Berechnung
Das 1D-Modell ausgeschrieben: jede Formel mit den Zahlen dieses Entwurfs eingesetzt, in SI-Einheiten. Zum Nachrechnen von Hand oder für die Lehre.
Methode, Annahmen & Grenzen
Abschätzung für die Konzeptauslegung: ein 2D-Wärmeleitmodell der Platte, gekoppelt mit 1D-Kanalhydraulik. Abweichungen von etwa ±15–30 % gegenüber CFD- oder Versuchsdaten sind zu erwarten; endgültige Auslegungen per Simulation oder Messung validieren.
- Wärmeübergang. Laminar: Shah & London NuH1 und f·Re für das Seitenverhältnis des Kanals, mit einer Einlaufkorrektur nach Hausen je gerader Bahn. Turbulent: Gnielinski mit Kurzrohrkorrektur. Re 2300–4000 wird interpoliert. Umlenkungen starten die Grenzschicht neu; die Verstärkung durch Dean-Wirbel wird vernachlässigt (konservativ).
- 2D-Plattenmodell. Die Plattenfläche ist ein Gitter aus bis zu etwa 6.000 Zellen mit Wärmeleitung in der Ebene durch die lokale Materialdicke. Zellen über Kanälen, Anschlussleitungen und Verteilern sind über die Wand zur beheizten Fläche und den rippenkorrigierten Konvektionsfilm an das Kühlmittel gekoppelt. Das Kühlmittel wird entlang jedes Kanalpfads verfolgt, bis Platte und Kühlmittel übereinstimmen. Daraus ergeben sich die Karte, die Spitzentemperatur und die Bauteiltemperaturen.
- Bauteile. Gehäuse = Platte unter der Grundfläche + P·(t/k + Kontaktwiderstand)/A des TIM. Sperrschicht = Gehäuse + P·Rjc. Die Spreizung durch die Plattendicke unter kleinen Quellen wird nicht modelliert; sehr kleine, intensive Quellen werden daher leicht optimistisch berechnet.
- Druckverlust. Scheinbare Reibung nach Shah (laminar, Einlauf) und Haaland (turbulent); Darby 3-K für 180°-Umlenkungen; feste Verlustbeiwerte für Kanalein-/-austritt (0,5 + 1,0) und Anschlüsse (je 1,5).
- Durchflussverteilung. Parallele Anordnungen: Die Verteiler werden in Segmente mit Reibung und Impuls zerlegt (der Eintrittsverteiler gewinnt das 1,0-fache, der Austrittssammler verliert das 2,0-fache der Änderung des Geschwindigkeitsdrucks) und gegen das Δp(q) jedes Kanals abgeglichen. Die Kanaldurchflüsse bestimmen die Verteilerverluste und den Wärmeübergang jedes Kanals im 2D-Modell.
- Pumpenkennlinie. Der Betriebsdurchfluss wird per Bisektion dort bestimmt, wo die Druckerhöhung der Pumpe gleich dem Druckverlust von Platte und restlichem Kreislauf ist (dieser steigt mit dem Durchfluss²).
- Fluide. Stoffwerte bei mittlerer Fluidtemperatur. Glykoldaten nach Volumenanteil, näherungsweise (±5–10 %). Gase ideal und innerhalb der Platte inkompressibel, beim Eintrittsdruck.
- Nicht modelliert. Strahlung und freie Konvektion, Zweiphasenströmung, Turbulatoren und Pin-Fins, Gaskompressibilität in der Platte.
- Transiente Last: implizite Zeitintegration (Euler rückwärts) desselben 2D-Plattenmodells mit der Wärmekapazität der Platte und optional jedes Bauteils; das Kühlmittel wird quasistationär behandelt, da es die Platte in Sekundenbruchteilen durchströmt. Sperrschicht-Gehäuse- und TIM-Schicht haben keine Wärmekapazität; ihr Anteil an einer Laständerung tritt sofort auf (konservativ).