Fluent共軛傳熱分析實例-從三維建模到計算結果可視化

原創

2020-06-16 07:07

Fluent共軛傳熱分析實例-從三維建模到計算結果可視化

前言

共軛換熱是指一種兩種熱屬性的物理材料之間通過介質或者直接接觸，發生的一種耦合換熱現象，和一般換熱不同之處在於共軛換熱在計算的時候，爲了得到高效和準確的求解方法，應該將溫度參數在迭代方程中隱式處理，在方程層面上聯立求解，實現所謂的耦合共軛求解的技術。本文針對共軛傳熱問題詳細介紹如何利用DesignModeler建立三維模型，利用Meshing進行格網劃分，Fluent進行模型計算，CFD-Post進行計算結果可視化。

1、研究內容介紹

本文研究共軛傳熱現象，分析在一定空氣範圍內在入口一定風速的作用下，電路板與芯片的換熱情況。

2、DesignModeler建立三維模型

1、打開workbench，拖入Fluent

2、右鍵Geometry，打開DesignModeler

3、在XY平面建立草圖

3、在上面建立的草圖繪製矩形電路板

4、設置橫向縱向長度。橫向設置爲0.5m，縱向設置爲0.008m

5、將電路板拉伸0.2m，構建三維模型

6、繪製電路板上的芯片，先選中電路板上的面，創建一個面作爲基面，再在這個基面上創建草圖

7、在上面創建的草圖中繪製芯片

8、將芯片拉伸爲三維模型

9、再在上面創建的基面Plane6上創建一個草圖，用於建立空氣層

10、在草圖上繪製和基面大小相同的矩形

11、拉伸形成空氣層的三維模型

12、選擇Boolean操作，將芯片與空氣體分離（也就在空氣體中挖掉芯片的部分，用減法操作）

13、目前模型中包含3個獨立的部分，我們進行耦合操作，就需要將這個三個部分合爲一個part

3、Meshing進行格網劃分

1、進入Meshing

2、分別爲part下的各個實體命名，包括電路板（board），芯片（chip），空氣體（air）

3、如果直接進行網格劃分，芯片會劃分過於稀疏，因此爲芯片添加網格控制

4、將Geometry選擇爲芯片的各個邊

5、劃分網格

6、命名入口，出口，空氣體壁面，電路板壁面，空氣耦合面，電路板耦合面

4、Fluent進行模型計算

1、進入Fluent

2、考慮重力影響，設置重力加速度

3、選擇模型，打開能量方程和湍流方程

4、設置材料，採用默認的空氣材料和鋁材料

5、設置計算區域的材料，空氣體材料設置爲空氣

6、電路板材料設置爲鋁

7、芯片材料設置爲鋁，同時設置熱源

8、設置邊界條件。入口邊界條件，設置入口風速爲0.5m/s，入口溫度爲300

9、設置出口溫度爲300K，表壓爲0

10、設置空氣壁面對流換算係數爲1.5

11、設置電子板壁面對流換算係數爲2

12、空氣耦合面，電路板耦合面熱量條件設置爲耦合方法

13、求解方法設置爲耦合求解器

14、計算初始化

15、迭代計算，迭代次數設爲50次

16、檢查質量（連續性方程）是否守恆，發現入口和出口流量基本接近於0，滿足質量守恆，分析結果具有很大的可信性