利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例ppt课件

利用利用FLUENT软件模拟流固软件模拟流固耦合散热实例耦合散热实例利用利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实软件模拟流固耦合散热实 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摘摘要要Gambit创建模型创建模型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Gambit创建模型创建模型创建几何模型创建几何模型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=298KSymmetryPlanes问题描述问题描述ChipBoardFluidCircuitboard(externallycool创建计算区域创建计算区域1.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2.创建一个创建一个plane来分割来分割volume1创建创建board区区移动移动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split移动移动plane到适当位置，对到适当位置，对volume1进行进行split将将5.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5.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 Volume2Volume3Volume2splitwithvolume37.用体相分割，得到流体区域用体相分割，得到流体区域Volume2Volume划分网格划分网格1.将将chip边划分为边划分为15*7*44715划分网格划分网格1.将将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 16882.划分其他边的网格划分其他边的网格Board沿沿Y向边：向边：4划分数：划分数：443.划分体的网格划分体的网格选择所有体选择所有体3.划分体的网格选择所有体划分体的网格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_inlet2。指定速度入口。指定速度入口Inlet3。指定压力出口。指定压力出口OutletPressure_outlet3。指定压力出口。指定压力出口Outlet4。指定。指定board-side为为wall类型类型Board-sidewall4。指定。指定board-side为为wall类型类型Board-s5。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 symmetry5。指定。指定board上的对称面上的对称面BoardsymmSym-1边边6。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 bottom6。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wallBoard7。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-symmetry7。指定。指定chip上的边界条件类型上的边界条件类型ABFCDGEHChip边界边界8。指定。指定fluid区域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ABCDwall8。指定。指定fluid区域上的边界条件类型区域上的边界条件类型fluid-symmS9。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）:solid9。指定区域类型指定流体区域。指定区域类型指定流体区域10。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10。输出网格。输出网格12在在FileName中自定义名称网格成功输中自定义名称网格成功输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FLUENT计算及后处理计算及后处理读入读入mesh文件文件1.FLUENT读入网格读入网格File-Read-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-FLUENT1.FLUENT读入网格读入网格File-Read-2.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。2.确认计算域大小确认计算域大小Grid-Scale在在Gam3.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-Viscous3.选择求解器，物理模型选择求解器，物理模型DefineModel-S4.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chip4.定义材料属性定义材料属性DefineMaterials 流体材流体材5.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）。5.定义边界条件定义边界条件DefineBoundaryCon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材料类型指定固体区域材料类型在指定固体区域材料类型在BoundaryCondition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904000，然后确认OK。指定指定chip的热生成在的热生成在Solid面板中面板中,勾选勾选Source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。指定速度入口条件在指定速度入口条件在BoundaryConditions面面指定压力出口条件指定压力出口条件指定压力出口条件指定symmetry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。指定指定symmetry 条件条件在在BoundaryConditi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。指定模型跟外部氛围的换热条件指定模型跟外部氛围的换热条件在在BoundaryCondiboard-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.board-bottom：模型：模型Y向最小面跟周围氛围的换热条件向最小面跟周围氛围的换热条件指定与chip相关的边界条件在Boundary 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-bottom指定与指定与chip相关的边界条件在相关的边界条件在BoundaryCondi2chip-side2chip-side指定与board相关的边界条件board-sideboard-top指定与指定与board相关的边界条件相关的边界条件board-sideboar5.求解设置求解设置Solve-Control-Solution保持默认设置5.求解设置求解设置Solve-Control-Solution Solve-Initialize-Initialize1432从Compute From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-Initialize-Initialize14Solve-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Solve-Monitors-Residual设置收敛标准设置收敛标准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。6.求解迭代求解迭代Solve-Iterate 在在Iterate 面面监测残差曲线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监测残差曲线监测残差曲线Residual各监测曲线都达各监测曲线都达后处理后处理1.显示chip附近的温度分布后处理后处理1.显示显示chip附近的温度分布附近的温度分布2.显示z=0平面的温度分布2.显示显示z=0平面的温度分布平面的温度分布3.创建速度矢量图创建y=0.25inch的平面Surface-Iso-Surface123451.在Surface 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3.创建速度矢量图创建创建速度矢量图创建y=0.25inch的平面的平面SurfacDisplay-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 Colors菜单，按图进行设定。Display-Vectors.Selecty=0点击点击Vector面板下的面板下的Apply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 OnDisplay-Views.Display-O最后效果图最后效果图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附：考虑附：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.另另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2.定义定义chip-bottom边界条件在边界条件在Material3.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3.结果比较无热阻有热阻热量容易传导下去热量传导困难结果比较无热阻有热阻热量容易传导下去热量传导困难