FLUENT模擬流-固耦合散熱

1、曾曾 富富 流體應(yīng)用工程師流體應(yīng)用工程師安世亞太安世亞太 北京分公司北京分公司FLUENT模擬流模擬流-固耦合散熱固耦合散熱Gambit創(chuàng)建模型創(chuàng)建模型FLUENT計(jì)算及后處理計(jì)算及后處理 Gambit創(chuàng)建模型創(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/mKh = 1.5 W/m2KT = 298 KAir OutletAir inletV = 0.5 m/sT = 298 KElectronic Chip(one half is modeled)k = 1.0 W/mKQ = 2 WattsTop wal

2、l(externally cooled)h = 1.5 W/m2KT = 298 KSymmetry Planes問(wèn)題描述問(wèn)題描述ChipBoardFluid創(chuàng)建計(jì)算區(qū)域創(chuàng)建計(jì)算區(qū)域1.2.創(chuàng)建一個(gè)創(chuàng)建一個(gè)plane來(lái)分割來(lái)分割volume 1創(chuàng)建創(chuàng)建board區(qū)域區(qū)域移動(dòng)移動(dòng)plane到適當(dāng)位置，對(duì)到適當(dāng)位置，對(duì)volume 1進(jìn)行進(jìn)行split將創(chuàng)建的將創(chuàng)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對(duì)對(duì)volume 1進(jìn)行進(jìn)行split5.創(chuàng)建創(chuàng)建chip體體6.移動(dòng)移動(dòng)chip體到具體位置體到具體位置7.用體相分割，得到流體區(qū)域用體相分割，得到流體區(qū)域

3、Volume 2 Volume 2Volume 3Volume 2 split with volume 3劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格1.將將chip邊劃分為邊劃分為15*7*447152.劃分其他邊的網(wǎng)格劃分其他邊的網(wǎng)格Board沿沿Y向邊：向邊： 4Board沿沿Z向邊：向邊： 8Fluid 沿沿Y向邊：向邊： 16沿沿X方向長(zhǎng)邊：方向長(zhǎng)邊： 100劃分?jǐn)?shù)：劃分?jǐn)?shù)：444100100 16 16 16 16883.劃分體的網(wǎng)格劃分體的網(wǎng)格選擇所有體選擇所有體指定邊界條件指定邊界條件1。隱去網(wǎng)格，便于操作。隱去網(wǎng)格，便于操作2。指定速度入口。指定速度入口InletVelocity_inlet3。指定壓力

4、出口。指定壓力出口OutletPressure_outlet4。指定。指定board-side為為wall 類型類型Board-sidewall5。指定。指定board上的對(duì)稱面上的對(duì)稱面Board symmSym-1邊界類型條件都為邊界類型條件都為 symmetry6。指定。指定board上的上下面邊界條件類型上的上下面邊界條件類型 wallBoard topBoard bottom7。指定。指定chip上的邊界條件類型上的邊界條件類型ABFCDGEHChip邊界類型：邊界類型：與與board接觸的面接觸的面BCDE : chip-bottom -wall與流體接觸的與流體接觸的4個(gè)面?zhèn)€面

5、: chip-side -wall（ABCH,CDGH,DEFG,AHGF) 面面ABEF : chip-symm -symmetry8。指定。指定fluid區(qū)域上的邊界條件類型區(qū)域上的邊界條件類型fluid-symmSym-2ADCBFluid區(qū)域的頂面區(qū)域的頂面ABCDwall9。指定區(qū)域類型。指定區(qū)域類型指定流體區(qū)域指定流體區(qū)域 指定固體區(qū)域指定固體區(qū)域123綠色綠色 : fluid紅色（紅色（chip） : solid紫色（紫色（board）: solid10。輸出網(wǎng)格。輸出網(wǎng)格12在File Name中自定義名稱然后 Accept網(wǎng)格成功輸出FLUENT計(jì)算及后處理計(jì)算及后處理l 讀

6、入mesh文件l 選擇物理模型l 定義材料屬性l 指定邊界條件l 初始化l 設(shè)置求解器控制l 設(shè)置收斂監(jiān)視器l 計(jì)算l 后處理1 . FLUENT讀入網(wǎng)格讀入網(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-FLUENT2 . 確認(rèn)計(jì)算域大小確認(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 change length units, 然后再點(diǎn)擊 Scale, 得到正確大小的計(jì)算區(qū)域。3

7、 . 選擇求解器，物理模型選擇求解器，物理模型DefineModel-Solver保持缺省值。DefineModel-Energy打開(kāi)能量方程，設(shè)計(jì)到溫度計(jì)算。DefineModel-Viscous4 . 定義材料屬性定義材料屬性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 Conductivity 設(shè)置為0.1；點(diǎn)擊Change/Create按扭，在彈出的菜單中選擇 N

8、o.同樣創(chuàng)建材料 chip5 . 定義邊界條件定義邊界條件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面板中選擇Material Name 為board（實(shí)際默認(rèn)正確）。同樣指定chip材料類型指定ch

9、ip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(kāi)來(lái)，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 method右邊選擇Magnitude and Direction, 菜單展寬。在Velocity Magnit

10、ude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)Typ

11、e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-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

12、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Material Name下的選項(xiàng)選擇為chip.1chip-bottom2chip-side指定與board相關(guān)的邊界條件boar

13、d-sideboard-top5 . 求解設(shè)置求解設(shè)置Solve-Control-Solution保持默認(rèn)設(shè)置 Solve-Initialize-Initialize1432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(guò)程中，能直接對(duì)收斂過(guò)程 進(jìn)行監(jiān)測(cè)。默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)能滿足當(dāng)前問(wèn)題的精度6 . 求解迭代求解迭代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。

14、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-Surface123451.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；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)擊點(diǎn)擊Vector面板下的面板下的ApplyDisplay- Views. Display- Options. 從Mirror Planes選擇chip-symm勾選Light On最后效果圖最