FLUENT模拟流固耦合散热

曾富流体应用工程师安世亚太北京分公司[e-mail]模拟流-固耦合散热摘要Gambit创建模型FLUENT计算及后处理Gambit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/m∙Kh=1.5W/m2∙KT∞=298KAirOutletAirinletV=0.5m/sT=298KElectronicChip(onehalfismodeled)k=1.0W/m∙KQ=2WattsTopwall(externallycooled)h=1.5W/m2∙KT∞=298KSymmetryPlanes问题描述ChipBoardFluid创建计算区域1.①②③④⑤⑥2.创建一个plane来分割volume1创建board区域移动plane到适当位置，对volume1进行split将创建的plane沿Y向上平移0.13.4.用平移后的plane对volume1进行split5.创建chip体6.移动chip体到具体位置7.用体相分割，得到流体区域Volume2Volume2Volume3Volume2splitwithvolume3划分网格1.将chip边划分为15*7*447152.划分其他边的网格Board沿Y向边：4Board沿Z向边：8Fluid沿Y向边：16沿X方向长边：100划分数：44410010016161616883.划分体的网格选择所有体指定边界条件1。隐去网格，便于操作2。指定速度入口InletVelocity_inlet3。指定压力出口OutletPressure_outlet4。指定board-side为wall类型Board-sidewall5。指定board上的对称面BoardsymmSym-1边界类型条件都为symmetry6。指定board上的上下面边界条件类型wallBoardtopBoardbottom7。指定chip上的边界条件类型ABFCDGEHChip边界类型：与board接触的面BCDE:chip-bottom---wall与流体接触的4个面:chip-side----wall（ABCH,CDGH,DEFG,AHGF)面ABEF:chip-symm--symmetry8。指定fluid区域上的边界条件类型fluid-symmSym-2ADCBFluid区域的顶面ABCDwall9。指定区域类型指定流体区域指定固体区域123绿色:fluid红色（chip）:solid紫色（board）:solid10。输出网格12在FileName中自定义名称然后Accept网格成功输出FLUENT计算及后处理读入mesh文件选择物理模型定义材料属性指定边界条件初始化设置求解器控制设置收敛监视器计算后处理1.FLUENT读入网格①②File----Read----Case选择刚从Gambit中输出的网格文件(.msh文件)③Grid----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Grid----Scale①②在Gambit中是以m为单位建模在ScaleGrid菜单中，选择Gridwascreatedininch,点击changelengthunits,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①Define—Model--Solver保持缺省值。②Define—Model--Energy打开能量方程，设计到温度计算。③Define—Model--Viscous4.定义材料属性①Define—Materials流体材料中包含air，不另需定义②定义固体材料：chip,board在Materials面板中MaterialType下拉菜单中选择solid，在Name中输入board,删除ChemicalFormula中的内容，将ThermalConductivity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①Define—BoundaryConditions指定流体区域材料类型在BoundaryConditions面板中,Zone下面选择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MaterialName为air（实际默认正确）。②指定固体区域材料类型在BoundaryConditions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③指定chip的热生成在Solid面板中,勾选SourceTerms，然后选择SourceTerms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904000，然后确认OK。⒈⒉⒊⒋⒌④指定速度入口条件在BoundaryConditions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MagnitudeandDirection,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⑤指定symmetry条件⑥在BoundaryConditions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⑦在BoundaryConditions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ThermalConditions下选择Convection，设置HeatTransferCoefficient为1.5，FreeStreamTemperature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BoundaryConditions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ThermalConditions下选择Convection，设置HeatTransferCoefficient为1.5，FreeStreamTemperature为298。将MaterialName下的选项选择为board.⑧指定与chip相关的边界条件在BoundaryConditions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ThermalConditions下选择默认为Coupled,将MaterialName下的选项选择为chip.1chip-bottom2chip-side⑨指定与board相关的边界条件board-sideboard-top5.求解设置Solve-Control-Solution保持默认设置①②Solve-Initialize-Initialize1432从ComputeFrom下拉项中选择inlet,然后依次点击init，进行初始化,Apply,Close进行初始化Solve-Monitors-Residual③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Surfaceofconstant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；EnableDrawGridintheOptionsgroupbox，将弹出GridDisplay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GridColors菜单，按图进行设定。点击Vector面板下的ApplyDisplay--Views...Display--Options...从MirrorPlanes选择chip-symm勾选LightOn最后效果图附：考虑chip与board之间的接触热阻对散热的影响1.另外定义一种新材料2.定义chip-bottom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3.结果比较无热阻最高温度406K有热阻最高温度414K热量容易传导下去热量传导困难