利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例讲课教案.ppt

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1、利用利用FLUENTFLUENT软件模拟流软件模拟流固耦合散热实例固耦合散热实例 摘摘摘摘要要要要Gambit创建模型创建模型FLUENT计算及后处理计算及后处理Gambit创建模型创建模型 创建几何模型 划分网格 指定边界条件Circuitboard(externallycooled)k=0.1W/mKh=1.5W/m2KT=298KAirOutletAirinletV=0.5m/sT=298KElectronicChip(onehalfismodeled)k=1.0W/mKQ=2WattsTopwall(externallycooled)h=1.5W/m2KT=298KSymmetryPl

2、anes问题描述问题描述ChipBoardFluid创建计算区域创建计算区域1.2.创建一个创建一个plane来分割来分割volume1创建创建board区域区域移动移动plane到适当位置，对到适当位置，对volume1进行进行split将创建的将创建的plane沿沿Y向上平移向上平移0.13.4.用平移后的用平移后的plane对对volume1进行进行split5.创建创建chip体体6.移动移动chip体到具体位置体到具体位置7.用体相分割，得到流体区域用体相分割，得到流体区域Volume2 Volume2Volume3Volume2splitwithvolume3划分网格划分网格1.将

3、将chip边划分为边划分为15*7*447152.划分其他边的网格划分其他边的网格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方向长边：方向长边：100划分数：划分数：444100100 16 16 16 16883.划分体的网格划分体的网格选择所有体选择所有体指定边界条件指定边界条件1。隐去网格，便于操作。隐去网格，便于操作2。指定速度入口。指定速度入口InletVelocity_inlet3。指定压力出口。指定压力出口OutletPressure_outlet4。指定。指定board-side为为wall类型类型Board-sidewa

4、ll5。指定。指定board上的对称面上的对称面BoardsymmSym-1边界类型条件都为边界类型条件都为 symmetry6。指定。指定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 bottom7。指定。指定chip上的边界条件类型上的边界条件类型ABFCDGEHChip边界类型：边界类型：与与board接触的面接触的面BCDE:chip-bottom -wall与流体接触的与流体接触的4个面个面:chip-side-wall（ABCH,CDGH,DEFG,AHGF)面面ABEF:chip-symm-symmetry8。指定。指定fluid区域

5、上的边界条件类型区域上的边界条件类型fluid-symmSym-2ADCBFluid区域的顶面区域的顶面ABCDwall9。指定区域类型。指定区域类型指定流体区域指定流体区域 指定固体区域指定固体区域123绿色绿色 :fluid红色（红色（chip）:solid紫色（紫色（board）:solid10。输出网格。输出网格12在File Name中自定义名称然后 Accept网格成功输出FLUENT计算及后处理计算及后处理l 读入mesh文件l 选择物理模型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1.FLUENT读入网格读入网格File-R

6、ead-Case选择刚从Gambit中输出的网格文件(.msh文件)Grid-Check检查网格质量，确定最小体积大于0此数值大于0启动3D-FLUENT2.确认计算域大小确认计算域大小Grid-Scale在Gambit中是以m为单位建模在ScaleGrid菜单中，选择Gridwascreatedininch,点击change length units,然后再点击 Scale,得到正确大小的计算区域。3.选择求解器，物理模型选择求解器，物理模型DefineModel-Solver保持缺省值。DefineModel-Energy打开能量方程，设计到温度计算。DefineModel-Viscous

7、4.定义材料属性定义材料属性DefineMaterials流体材料中包含air，不另需定义定义固体材料：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chip5.定义边界条件定义边界条件DefineBoundaryConditions指定流体区域材料类型在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择fluid,然后在Typ

8、e一侧选择fluid，点击Set按扭,在弹出的Fluid面板中选择MaterialName为air（实际默认正确）。指定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MaterialName为board（实际默认正确）。同样指定chip材料类型指定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,然后将前面数值设定为90

9、4000，然后确认OK。指定速度入口条件在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velocityspecificationmethod右边选择Magnitude and Direction,菜单展宽。在VelocityMagnitude后面输入1,在x-ComponenofFlowDirection后面输入1，其他方向保持为0。表示air流体沿x方向以1m/s的大小流动。选择Thermal 菜单将Temperature设定为298K。指定压力出口条件指定sym

10、metry条件在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择board-symm,确认Type下为symmetry;同样对chip-symm,fluid-symm,sym-1,sym-2进行确认，不需要另外设置。指定模型跟外部氛围的换热条件在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择 top-wall,确认Type下为wall;点击Set进入wall面板，选择Thermal 菜单，在Thermal Conditions下选择Convection，设置Heat Transfer Coefficient 为1.5，Free Stream Temperature

11、为298。top-wall：模型Y向最顶部跟周围氛围的换热条件，其材料默认为铝。board-bottom：模型Y向最小面跟周围氛围的换热条件在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择 board-bottom,确认Type下为wall;点击Set进入wall面板，选择Thermal 菜单，在Thermal Conditions下选择Convection，设置Heat Transfer Coefficient 为1.5，Free Stream Temperature为298。将Material Name下的选项选择为board.指定与chip相关的边界条件在Boundary

12、 Conditions面板中,Zone下面选择 chip-bottom,确认Type下为wall;点击Set进入wall面板，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-bottom2chip-side指定与board相关的边界条件board-sideboard-top5.求解设置求解设置Solve-Control-Solution保持默认设置 Solve-Initialize-Initialize1432从Compute From下拉项中选择inlet,然后依次点击init，进行初

13、始化,Apply,Close进行初始化Solve-Monitors-Residual设置收敛标准勾选Plot在计算迭代过程中，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6.求解迭代求解迭代Solve-Iterate在Iterate面板中设置Numberofiterate300次，然后点击Iterate,进行计算。监测残差曲线Residual各监测曲线都达到设定的收敛标准。Fluent窗口中显示达到收敛后处理后处理1.显示chip附近的温度分布2.显示z=0平面的温度分布3.创建速度矢量图创建y=0.25inch的平面Surface-Iso-Surface123451.在Surfa

14、ce of constant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0.25;并命名为y=0.25;5.点击Create创建平面Display-Vectors.Selecty=0.25从theSurfaceslist；Enter3.8fortheScale；EnableDraw GridintheOptionsgroupbox，将弹出Grid Display菜单，选择Face从Options中，随后从Surfaces下面选择board-top,chip-side,接着点击Colors按扭，进入Grid

15、 Colors菜单，按图进行设定。点击点击Vector面板下的面板下的ApplyDisplay-Views.Display-Options.从Mirror Planes选择chip-symm勾选Light On最后效果图最后效果图附：附：考虑考虑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.另外定义一种新材料另外定义一种新材料2.定义定义chip-bottom边界条件边界条件在MaterialName下选择材料thermal-resistant；定义WallThickness为0.02inch;继续进行迭代计算继续进行迭代计算3.结果比较结果比较无热阻无热阻最高温度最高温度406K有热阻有热阻最高温度最高温度414K热量容易传导下去热量传导困难结束结束