利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例培训资料.ppt

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1、 利用利用利用利用FLUENTFLUENT软件软件软件软件(run jin)(run jin)模模模模拟流固耦合散热实例拟流固耦合散热实例拟流固耦合散热实例拟流固耦合散热实例第一页，共53页。摘摘摘摘 要要要要Gambit创建创建(chungjin)模型模型FLUENT计算及后处理计算及后处理 第二页，共53页。Gambit创建创建(chungjin)模型模型 创建几何模型 划分(hu fn)网格 指定边界条件第三页，共53页。Circuitboard(externallycooled)k=0.1W/mKh=1.5W/m2KT=298KAirOutletAirinletV=0.5m/sT=29

2、8KElectronicChip(onehalfismodeled)k=1.0W/mKQ=2WattsTopwall(externallycooled)h=1.5W/m2KT=298KSymmetryPlanes问题问题(wnt)描述描述ChipBoardFluid第四页，共53页。创建计算创建计算(j sun)区域区域1.第五页，共53页。2.创建创建(chungjin)一个一个plane来分割来分割volume 1创建创建(chungjin)board区域区域第六页，共53页。移动移动plane到适当到适当(shdng)位置，对位置，对volume 1进行进行split将创建将创建(chu

3、ngjin)的的plane沿沿Y向上平移向上平移0.13.4.用平移用平移(pn y)后的后的plane对对volume 1进行进行split第七页，共53页。5.创建创建(chungjin)chip体体6.移动移动(ydng)chip体到具体位置体到具体位置第八页，共53页。7.用体相分割用体相分割(fng)，得到流体区域，得到流体区域Volume 2 Volume 2Volume 3Volume 2 split with volume 3第九页，共53页。划分划分(hu fn)网格网格1.将将chip边划分边划分(hu fn)为为15*7*44715第十页，共53页。2.划分划分(hu f

4、n)其他边的网格其他边的网格Board沿沿Y向边：向边：4Board沿沿Z向边：向边：8Fluid 沿沿Y向边：向边：16沿沿X方向方向(fngxing)长边：长边：100划分划分(hu fn)数：数：444100100 16 16 16 1688第十一页，共53页。3.划分划分(hu fn)体的网格体的网格选择选择(xunz)所有体所有体第十二页，共53页。指定指定(zhdng)边界条件边界条件1。隐去网格，便于。隐去网格，便于(biny)操作操作第十三页，共53页。2。指定。指定(zhdng)速度入口速度入口InletVelocity_inlet第十四页，共53页。3。指定。指定(zhdn

5、g)压力出口压力出口OutletPressure_outlet第十五页，共53页。4。指定。指定(zhdng)board-side为为wall 类型类型Board-sidewall第十六页，共53页。5。指定。指定(zhdng)board上的对称面上的对称面Board symmSym-1边界边界(binji)类型条件都为类型条件都为 symmetry第十七页，共53页。6。指定。指定(zhdng)board上的上下面边界条件类型上的上下面边界条件类型 wallBoard topBoard bottom第十八页，共53页。7。指定。指定(zhdng)chip上的边界条件类型上的边界条件类型ABF

6、CDGEHChip边界边界(binji)类型：类型：与与board接触接触(jich)的面的面BCDE:chip-bottom -wall与流体接触与流体接触(jich)的的4个面个面 :chip-side -wall（ABCH,CDGH,DEFG,AHGF)面面ABEF :chip-symm -symmetry第十九页，共53页。8。指定。指定fluid区域区域(qy)上的边界条件类型上的边界条件类型fluid-symmSym-2ADCBFluid区域区域(qy)的顶面的顶面ABCDwall第二十页，共53页。9。指定区域。指定区域(qy)类型类型指定流体区域指定流体区域(qy)指定固体区域

7、指定固体区域(qy)123绿色绿色(l s):fluid红色（红色（chip）:solid紫色（紫色（board）:solid第二十一页，共53页。10。输出。输出(shch)网格网格12在File Name中自定义名称(mngchng)然后 Accept网格成功(chnggng)输出第二十二页，共53页。FLUENT计算计算(j sun)及后处理及后处理l 读入mesh文件l 选择物理模型(mxng)l 定义材料属性l 指定边界条件l 初始化l 设置求解器控制l 设置收敛监视器l 计算l 后处理第二十三页，共53页。1.FLUENT读入网格读入网格(wn)File-Read-Case选择刚从

8、Gambit中输出(shch)的网格文件(.msh文件)Grid-Check检查网格质量(zhling)，确定最小体积大于0此数值大于0启动3D-FLUENT第二十四页，共53页。2.确认确认(qurn)计算域大小计算域大小Grid-Scale在Gambit中是以m为单位(dnwi)建模在ScaleGrid菜单中，选择(xunz)Gridwascreatedininch,点击changelengthunits,然后再点击Scale,得到正确大小的计算区域。第二十五页，共53页。3.选择求解器，物理选择求解器，物理(wl)模型模型DefineModel-Solver保持(boch)缺省值。Def

9、ineModel-Energy打开能量方程，设计(shj)到温度计算。DefineModel-Viscous第二十六页，共53页。4.定义材料定义材料(cilio)属性属性DefineMaterials流体材料中包含(bohn)air，不另需定义定义(dngy)固体材料：chip,board在Materials面板中Material Type下拉菜单中选择solid，在Name中输入board,删除Chemical Formula中的内容，将Thermal Conductivity 设置为0.1；点击Change/Create按扭，在弹出的菜单中选择 No.同样创建材料chip第二十七页，共5

10、3页。5.定义定义(dngy)边界条件边界条件DefineBoundaryConditions指定流体区域(qy)材料类型在Boundary Conditions面板中,Zone下面(xi mian)选择fluid,然后在Type一侧选择fluid，点击Set按扭,在弹出的Fluid面板中选择Material Name 为air（实际默认正确）。第二十八页，共53页。指定(zhdng)固体区域材料类型在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择board,然后在Type一侧选择solid，点击Set按扭,在弹出的Solid面板中选择Material Name 为board（

11、实际默认正确(zhngqu)）。同样指定chip材料类型第二十九页，共53页。指定(zhdng)chip的热生成在Solid面板中,勾选Source Terms，然后选择Source Terms菜单，点击Edit，进入Energy面板，将数值设为1，菜单将扩展开来，从下拉选项中选择constant,然后将前面(qin mian)数值设定为904000，然后确认OK。第三十页，共53页。指定(zhdng)速度入口条件在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择inlet,确认Type下为velocity-inlet,点击Set进入到Velocity-inlet面板中，在vel

12、ocity specification method右边选择Magnitude and Direction,菜单展宽。在Velocity Magnitude后面输入1,在x-Componen of Flow Direction后面输入1，其他方向保持为0。表示air流体(lit)沿x方向以1m/s的大小流动。选择Thermal 菜单将Temperature设定为298K。第三十一页，共53页。指定压力出口(chku)条件第三十二页，共53页。指定(zhdng)symmetry条件在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择board-symm,确认Type下为symmetr

13、y;同样(tngyng)对chip-symm,fluid-symm,sym-1,sym-2进行确认，不需要另外设置。第三十三页，共53页。指定模型(mxng)跟外部氛围的换热条件在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择(xunz)top-wall,确认Type下为wall;点击Set进入wall面板，选择(xunz)Thermal 菜单，在Thermal Conditions下选择(xunz)Convection，设置Heat Transfer Coefficient 为1.5，Free Stream Temperature为298。top-wall：模型：模型Y向最顶

14、部向最顶部(dn b)跟周围氛围的换热条件，其材料默认为铝。跟周围氛围的换热条件，其材料默认为铝。第三十四页，共53页。board-bottom：模型：模型Y向最小面跟周围氛围向最小面跟周围氛围(fnwi)的换热条件的换热条件在Boundary Conditions面板(min bn)中,Zone下面选择 board-bottom,确认Type下为wall;点击Set进入wall面板(min bn)，选择Thermal 菜单，在Thermal Conditions下选择Convection，设置Heat Transfer Coefficient 为1.5，Free Stream Tempera

15、ture为298。将Material Name下的选项选择为board.第三十五页，共53页。指定(zhdng)与chip相关的边界条件在Boundary Conditions面板(min bn)中,Zone下面选择 chip-bottom,确认Type下为wall;点击Set进入wall面板(min bn)，选择Thermal 菜单，在Thermal Conditions下选择默认为Coupled,将Material Name下的选项选择为chip.1chip-bottom第三十六页，共53页。2chip-side第三十七页，共53页。指定(zhdng)与board相关的边界条件board-

16、sideboard-top第三十八页，共53页。5.求解求解(qi ji)设置设置Solve-Control-Solution保持(boch)默认设置第三十九页，共53页。Solve-Initialize-Initialize1432从Compute From下拉项中选择inlet,然后依次(yc)点击init，进行初始化,Apply,Close进行(jnxng)初始化第四十页，共53页。Solve-Monitors-Residual设置(shzh)收敛标准勾选Plot在计算(jsun)迭代过程中，能直接对收敛过程进行监测。默认的标准能满足当前问题的精度第四十一页，共53页。6.求解求解(qi

17、 ji)迭代迭代Solve-Iterate在Iterate面板中设置Numberofiterate300次，然后点击Iterate,进行(jnxng)计算。第四十二页，共53页。监测(jin c)残差曲线Residual各监测曲线都达到设定(shdn)的收敛标准。Fluent窗口中显示达到收敛第四十三页，共53页。后处理后处理1.显示(xinsh)chip附近的温度分布第四十四页，共53页。2.显示z=0平面的温度(wnd)分布第四十五页，共53页。3.创建(chungjin)速度矢量图创建(chungjin)y=0.25inch的平面Surface-Iso-Surface123451.在Su

18、rfaceofconstant下面选择Grid;2.选择Y-Coordinate;3.点击Compute,将会显示Y值的最小、最大值；4.在Iso-Value下输入(shr)0.25;并命名为y=0.25;5.点击Create创建平面第四十六页，共53页。Display-Vectors.Selecty=0.25从theSurfaceslist；Enter3.8fortheScale；EnableDrawGridintheOptionsgroupbox，将弹出GridDisplay菜单，选择Face从Options中，随后(suhu)从Surfaces下面选择board-top,chip-sid

19、e,接着点击Colors按扭，进入GridColors菜单，按图进行设定。第四十七页，共53页。点击点击(din j)Vector面板下的面板下的Apply第四十八页，共53页。Display-Views.Display-Options.从Mirror Planes选择(xunz)chip-symm勾选Light On第四十九页，共53页。最后最后(zuhu)效果图效果图第五十页，共53页。附：考虑附：考虑(kol)chip与与board之间的接触热阻对散热的影响之间的接触热阻对散热的影响1.另外另外(ln wi)定义一种新材料定义一种新材料第五十一页，共53页。2.定义定义(dngy)chip-bottom边界条件边界条件在MaterialName下选择(xunz)材料thermal-resistant；定义WallThickness为0.02inch;继续进行继续进行(jnxng)迭代计算迭代计算第五十二页，共53页。3.结果结果(ji gu)比较比较无热阻无热阻最高温度最高温度(wnd)406K有热阻有热阻最高温度最高温度(wnd)414K热量容易传导下去热量传导困难第五十三页，共53页。