利用FLUENT軟件模擬流固耦合散熱實(shí)例【優(yōu)選材料】

1、利用FLUENT軟件模擬流固耦合散熱實(shí)例,摘 要,Gambit創(chuàng)建模型 FLUENT計(jì)算及后處理,Gambit創(chuàng)建模型,創(chuàng)建幾何模型 劃分網(wǎng)格 指定邊界條件,Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/mK h = 1.5 W/m2K T = 298 K,Air Outlet,Air inlet V = 0.5 m/s T = 298 K,Electronic Chip (one half is modeled) k = 1.0 W/mK Q = 2 Watts,Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2K T

2、 = 298 K,Symmetry Planes,問題描述,Chip Board Fluid,創(chuàng)建計(jì)算區(qū)域,1.,2.,創(chuàng)建一個(gè)plane來分割volume 1,創(chuàng)建board區(qū)域,移動(dòng)plane到適當(dāng)位置，對(duì)volume 1進(jìn)行split,將創(chuàng)建的plane沿Y向上平移0.1,3.,4.,用平移后的plane對(duì)volume 1進(jìn)行split,5.,創(chuàng)建chip體,6.移動(dòng)chip體到具體位置,7.用體相分割，得到流體區(qū)域Volume 2,Volume 2,Volume 3,Volume 2 split with volume 3,劃分網(wǎng)格,1.將chip邊劃分為15*7*4,4,7,15,2

3、.劃分其他邊的網(wǎng)格,Board沿Y向邊： 4 Board沿Z向邊： 8 Fluid 沿Y向邊： 16 沿X方向長(zhǎng)邊： 100,劃分?jǐn)?shù)：,4,4,4,100,100,16,16,16,16,8,8,3.劃分體的網(wǎng)格,選擇所有體,指定邊界條件,1。隱去網(wǎng)格，便于操作,2。指定速度入口,Inlet Velocity_inlet,3。指定壓力出口,Outlet Pressure_outlet,4。指定board-side為wall 類型,Board-side wall,5。指定board上的對(duì)稱面,Board symm,Sym-1,邊界類型條件都為 symmetry,6。指定board上的上下面邊界條

4、件類型 wall,Board top,Board bottom,7。指定chip上的邊界條件類型,Chip邊界類型：,與board接觸的面BCDE : chip-bottom -wall 與流體接觸的4個(gè)面 : chip-side -wall （ABCH,CDGH,DEFG,AHGF) 面ABEF : chip-symm -symmetry,8。指定fluid區(qū)域上的邊界條件類型,A,D,C,B,Fluid區(qū)域的頂面ABCD,wall,9。指定區(qū)域類型,指定流體區(qū)域 指定固體區(qū)域,1,2,3,綠色 : fluid 紅色（chip） : solid 紫色（board）: solid,10。輸出網(wǎng)

5、格,1,2,在File Name中自定義名稱 然后 Accept,網(wǎng)格成功輸出,FLUENT計(jì)算及后處理,讀入mesh文件 選擇物理模型 定義材料屬性 指定邊界條件 初始化 設(shè)置求解器控制 設(shè)置收斂監(jiān)視器 計(jì)算 后處理,1 . FLUENT讀入網(wǎng)格,File-Read-Case,選擇剛從Gambit中輸出的網(wǎng)格文件(.msh文件),Grid-Check,檢查網(wǎng)格質(zhì)量，確定最小體積大于0,此數(shù)值大于0,啟動(dòng)3D-FLUENT,2 . 確認(rèn)計(jì)算域大小,Grid-Scale,在Gambit中是以m為單位建模,在Scale Grid菜單中，選擇Grid was created in inch, 點(diǎn)擊

6、change length units, 然后再點(diǎn)擊 Scale, 得到正確 大小的計(jì)算區(qū)域。,3 . 選擇求解器，物理模型,DefineModel-Solver,保持缺省值。,DefineModel-Energy,打開能量方程，設(shè)計(jì)到溫度計(jì)算。,DefineModel-Viscous,4 . 定義材料屬性,DefineMaterials,流體材料中包含air，不另需定義,定義固體材料：chip,board,在Materials面板中Material Type 下拉菜單中選擇 solid，在Name中輸入board, 刪除Chemical Formula中的內(nèi)容， 將Thermal Condu

7、ctivity 設(shè)置為0.1；點(diǎn)擊Change/Create按扭，在彈出的菜單中選擇 No.同樣創(chuàng)建材料 chip,5 . 定義邊界條件,DefineBoundary Conditions,指定流體區(qū)域材料類型,在Boundary Conditions面板中,Zone下面選擇fluid,然后在Type一側(cè)選擇fluid，點(diǎn)擊Set按扭, 在彈出的Fluid面板中選擇Material Name 為air（實(shí)際默認(rèn)正確）。,指定固體區(qū)域材料類型,在Boundary Conditions面板中,Zone下面選擇board,然后在Type一側(cè)選擇solid，點(diǎn)擊Set按扭, 在彈出的Solid面板中選

8、擇Material Name 為board（實(shí)際默認(rèn)正確）。同樣指定chip材料類型,指定chip的熱生成,在Solid面板中,勾選Source Terms，然后選擇Source Terms菜單，點(diǎn)擊Edit，進(jìn)入Energy面板，將數(shù)值設(shè)為1， 菜單將擴(kuò)展開來，從下拉選項(xiàng)中選擇constant, 然后將前面數(shù)值設(shè)定為904000，然后確認(rèn)OK。,指定速度入口條件,在Boundary Conditions面板中,Zone下面選擇inlet,確認(rèn)Type下為velocity-inlet,點(diǎn)擊Set進(jìn)入到Velocity-inlet面板中，在velocity specification metho

9、d右邊選擇Magnitude and Direction, 菜單展寬。 在Velocity Magnitude后面輸入1, 在x-Componen of Flow Direction后面輸入1，其他方向保持為0。表示air流體沿x方向以1m/s的大小流動(dòng)。 選擇Thermal 菜單將Temperature設(shè)定為298K。,指定壓力出口條件,指定symmetry條件,在Boundary Conditions面板中,Zone下面選擇board-symm,確認(rèn)Type下為symmetry; 同樣對(duì)chip-symm, fluid-symm, sym-1, sym-2進(jìn)行確認(rèn)，不需要另外設(shè)置。,指定模

10、型跟外部氛圍的換熱條件,在Boundary Conditions面板中,Zone下面選擇 top-wall,確認(rèn)Type下為wall;點(diǎn)擊Set進(jìn)入wall面板，選擇Thermal 菜單，在Thermal Conditions下選擇Convection，設(shè)置Heat Transfer Coefficient 為1.5，F(xiàn)ree Stream Temperature為298。,top-wall：模型Y向最頂部跟周圍氛圍的換熱條件，其材料默認(rèn)為鋁。,board-bottom：模型Y向最小面跟周圍氛圍的換熱條件,在Boundary Conditions面板中,Zone下面選擇 board-botto

11、m,確認(rèn)Type下為wall;點(diǎn)擊Set進(jìn)入wall面板，選擇Thermal 菜單，在Thermal Conditions下選擇Convection，設(shè)置Heat Transfer Coefficient 為1.5，F(xiàn)ree Stream Temperature為298。 將Material Name下的選項(xiàng)選擇為board.,指定與chip相關(guān)的邊界條件,在Boundary Conditions面板中,Zone下面選擇 chip-bottom,確認(rèn)Type下為wall;點(diǎn)擊Set進(jìn)入wall面板，選擇Thermal 菜單，在Thermal Conditions下選擇默認(rèn)為Coupled,將M

12、aterial Name下的選項(xiàng)選擇為chip.,1,chip-bottom,2,chip-side,指定與board相關(guān)的邊界條件,board-side,board-top,5 . 求解設(shè)置,Solve-Control-Solution,保持默認(rèn)設(shè)置,Solve-Initialize-Initialize,1,4,3,2,從Compute From下拉項(xiàng)中選擇inlet,然后依次點(diǎn)擊init，進(jìn)行初始化, Apply, Close,進(jìn)行初始化,Solve-Monitors-Residual,設(shè)置收斂標(biāo)準(zhǔn),勾選Plot 在計(jì)算迭代過程中，能直接對(duì)收斂過程 進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)能滿足當(dāng)前問題的

13、精度,6 . 求解迭代,Solve-Iterate,在Iterate面板中設(shè)置Number of iterate 300 次， 然后點(diǎn)擊Iterate, 進(jìn)行計(jì)算。,監(jiān)測(cè)殘差曲線,Residual 各監(jiān)測(cè)曲線都達(dá) 到設(shè)定的收斂標(biāo)準(zhǔn)。 Fluent窗口中 顯示達(dá)到收斂,后處理,1.顯示chip附近的溫度分布,2.顯示z=0平面的溫度分布,3.創(chuàng)建速度矢量圖,創(chuàng)建y=0.25inch的平面,Surface-Iso-Surface,1,2,3,4,5,1.在Surface of constant下面選擇Grid; 2.選擇Y-Coordinate; 3.點(diǎn)擊Compute,將會(huì)顯示Y值的最小、最大值

14、； 4.在Iso-Value下輸入 0.25;并命名為y=0.25; 5.點(diǎn)擊Create創(chuàng)建平面,Display-Vectors.,Select y=0.25 從 the Surfaces list； Enter 3.8 for the Scale； Enable Draw Grid in the Options group box，將 彈出Grid Display菜單，選擇Face從Options中， 隨后從Surfaces下面選擇board-top,chip-side,接著點(diǎn)擊 Colors按扭，進(jìn)入Grid Colors菜單，按圖進(jìn)行設(shè)定。,點(diǎn)擊Vector面板下的Apply,Display- Views.,Display- Options.,從Mirro