异形曲面散热导流结构件三维数模

　　做了十几年结构设计，碰到这类异形曲面构件的时候，第一反应不是看造型多特别，而是先捋清楚它在整套系统里的安装位和实际作用。这个构件的曲面过渡没有做生硬的棱角，所有弧面的曲率都是顺着流体或者气流的走向收的，当初画这个数模的时候，最先卡的点就是安装边界——整套电源变换设备里留给这个构件的安装空间是个带斜切角的异形腔体，常规的平面导流板装进去会在腔体内形成两个直角涡流区，设备满负载运行的时候，局部积温会比设计阈值高12度左右，长期跑下来绝缘层的老化速度会快近三成，所以才会做这种连续变曲率的曲面造型。

　　从实际应用场景来说，这类构件主要用在密闭式电源变换设备的内部风道里，不是外露的结构件，所以对外形的公差要求反而比外观件严，尤其是和腔体侧壁贴合的边缘，单边间隙必须控制在0.2mm以内，不然气流会从缝隙里串流，直接打乱整个风道的循环路径。建模的时候没有用简单的放样命令直接拉曲面，而是先把腔体内部的流道仿真数据导进来，沿着气流的迹线逐段调整曲面的法向角度，靠近进风侧的曲面曲率做的稍缓，避免进风的时候产生风阻噪音，靠近热源侧的弧面做了内收的倾角，能把气流直接导向核心发热区的绕组间隙，不会让气流在腔体内空转。

　　尺寸这块我当时是卡着安装边界反推的，整个构件的最大外轮廓顺着腔体的斜切面走，没有突出安装基准面，安装孔位做了隐藏式的沉台，不会凸出来干扰气流路径。很多新手做这类导流结构的时候，容易光顾着曲面好看，忽略了安装后的干涉问题——这个构件的后侧和内部绕组的最小安全距离留了3mm，既不会因为距离太近导致绝缘距离不够，也不会因为距离太远让气流散掉。曲面的壁厚做的是均匀1.5mm，没有做局部加厚，一方面是减少构件本身的蓄热，另一方面是避免注塑或者冲压成型的时候出现壁厚不均导致的变形，毕竟这个构件是长期在60到85度的工作环境里运行，变形量超过0.3mm就会蹭到旁边的绕组绝缘层。

　　设计思路上其实没有搞太复杂的结构，核心就是解决密闭腔体内的气流导向问题，之前用平面导流板的时候，风道里的涡流区会把热量攒在核心部件的角落，温度传感器测出来的平均温度没问题，但局部热点一直降不下来，换了这个曲面结构之后，仿真的时候涡流区直接消掉了，气流能顺着曲面把核心区的热量直接带到出风口，实测满负载运行的时候，核心绕组的局部最高温能降8度左右。另外这个构件的边缘做了R0.5的圆角过渡，没有锐边，一方面是安装的时候不会刮破绝缘层，另一方面气流流过边缘的时候不会产生尖锐的风噪，设备运行的整体噪音能降2分贝左右。

　　很多人觉得异形曲面就是为了好看，其实在工业设备里，每一段曲面的曲率都是有实际作用的，这个构件的曲面从进风端到出风端的曲率变化是连续的，没有曲率突变的位置，不然气流在曲率突变的位置会产生二次涡流，反而起不到导流的作用。建模的时候我特意把曲面的G2连续做了校验，所有拼接面的曲率偏差都控制在0.05mm以内，不会出现曲面不光顺的问题，后期不管是开注塑模还是做钣金冲压，模具的加工难度也不会太高，不会因为曲面太复杂导致模具成本飙升。安装位的定位基准选的是腔体的侧壁安装面，三个定位点呈三角形分布，安装的时候不会出现装偏的问题，就算是现场装配的工人不用工装，也能快速对准孔位，不会因为装歪导致导流方向偏掉。

　　从功能特性来说，这个构件本身不承担电气功能，纯粹是风道系统里的导流结构，但它的造型直接影响整套设备的散热效率，很多设备做热设计的时候容易忽略这类导流构件的作用，总觉得加个风扇就能解决散热问题，实际上风道里的气流路径不对，风扇的风量再大也没用，很多风量都在腔体内循环，没把热量带出去。这个曲面结构就是把风扇送进来的风精准导向发热最集中的区域，让气流直接和发热表面做热交换，然后顺着曲面从出风口排出去，没有多余的风阻，风扇的功耗也能降一点，毕竟在密闭设备里，每一点风阻的增加都会提高风扇的负载，长期运行下来的能耗差别其实不小。