Fluent共轭传热分析实例-从三维建模到计算结果可视化

原創

2020-06-16 07:07

Fluent共轭传热分析实例-从三维建模到计算结果可视化

前言

共轭换热是指一种两种热属性的物理材料之间通过介质或者直接接触，发生的一种耦合换热现象，和一般换热不同之处在于共轭换热在计算的时候，为了得到高效和准确的求解方法，应该将温度参数在迭代方程中隐式处理，在方程层面上联立求解，实现所谓的耦合共轭求解的技术。本文针对共轭传热问题详细介绍如何利用DesignModeler建立三维模型，利用Meshing进行格网划分，Fluent进行模型计算，CFD-Post进行计算结果可视化。

1、研究内容介绍

本文研究共轭传热现象，分析在一定空气范围内在入口一定风速的作用下，电路板与芯片的换热情况。

2、DesignModeler建立三维模型

1、打开workbench，拖入Fluent

2、右键Geometry，打开DesignModeler

3、在XY平面建立草图

3、在上面建立的草图绘制矩形电路板

4、设置横向纵向长度。横向设置为0.5m，纵向设置为0.008m

5、将电路板拉伸0.2m，构建三维模型

6、绘制电路板上的芯片，先选中电路板上的面，创建一个面作为基面，再在这个基面上创建草图

7、在上面创建的草图中绘制芯片

8、将芯片拉伸为三维模型

9、再在上面创建的基面Plane6上创建一个草图，用于建立空气层

10、在草图上绘制和基面大小相同的矩形

11、拉伸形成空气层的三维模型

12、选择Boolean操作，将芯片与空气体分离（也就在空气体中挖掉芯片的部分，用减法操作）

13、目前模型中包含3个独立的部分，我们进行耦合操作，就需要将这个三个部分合为一个part

3、Meshing进行格网划分

1、进入Meshing

2、分别为part下的各个实体命名，包括电路板（board），芯片（chip），空气体（air）

3、如果直接进行网格划分，芯片会划分过于稀疏，因此为芯片添加网格控制

4、将Geometry选择为芯片的各个边

5、划分网格

6、命名入口，出口，空气体壁面，电路板壁面，空气耦合面，电路板耦合面

4、Fluent进行模型计算

1、进入Fluent

2、考虑重力影响，设置重力加速度

3、选择模型，打开能量方程和湍流方程

4、设置材料，采用默认的空气材料和铝材料

5、设置计算区域的材料，空气体材料设置为空气

6、电路板材料设置为铝

7、芯片材料设置为铝，同时设置热源

8、设置边界条件。入口边界条件，设置入口风速为0.5m/s，入口温度为300

9、设置出口温度为300K，表压为0

10、设置空气壁面对流换算系数为1.5

11、设置电子板壁面对流换算系数为2

12、空气耦合面，电路板耦合面热量条件设置为耦合方法

13、求解方法设置为耦合求解器

14、计算初始化

15、迭代计算，迭代次数设为50次

16、检查质量（连续性方程）是否守恒，发现入口和出口流量基本接近于0，满足质量守恒，分析结果具有很大的可信性