Fluent共轭傳熱分析執行個體-從三維模組化到計算結果可視化

前言

共轭換熱是指一種兩種熱屬性的實體材料之間通過媒體或者直接接觸，發生的一種耦合換熱現象，和一般換熱不同之處在于共轭換熱在計算的時候，為了得到高效和準确的求解方法，應該将溫度參數在疊代方程中隐式處理，在方程層面上聯立求解，實作所謂的耦合共轭求解的技術。本文針對共轭傳熱問題詳細介紹如何利用DesignModeler建立三維模型，利用Meshing進行格網劃分，Fluent進行模型計算，CFD-Post進行計算結果可視化。

1、研究内容介紹

本文研究共轭傳熱現象，分析在一定空氣範圍内在入口一定風速的作用下，電路闆與晶片的換熱情況。

2、DesignModeler建立三維模型

1、打開workbench，拖入Fluent

2、右鍵Geometry，打開DesignModeler

3、在XY平面建立草圖

3、在上面建立的草圖繪制矩形電路闆

4、設定橫向縱向長度。橫向設定為0.5m，縱向設定為0.008m

5、将電路闆拉伸0.2m，建構三維模型

6、繪制電路闆上的晶片，先選中電路闆上的面，建立一個面作為基面，再在這個基面上建立草圖

7、在上面建立的草圖中繪制晶片

8、将晶片拉伸為三維模型

9、再在上面建立的基面Plane6上建立一個草圖，用于建立空氣層

10、在草圖上繪制和基面大小相同的矩形

11、拉伸形成空氣層的三維模型

12、選擇Boolean操作，将晶片與空氣體分離（也就在空氣體中挖掉晶片的部分，用減法操作）

13、目前模型中包含3個獨立的部分，我們進行耦合操作，就需要将這個三個部分合為一個part

3、Meshing進行格網劃分

1、進入Meshing

2、分别為part下的各個實體命名，包括電路闆（board），晶片（chip），空氣體（air）

3、如果直接進行網格劃分，晶片會劃分過于稀疏，是以為晶片添加網格控制

4、将Geometry選擇為晶片的各個邊

5、劃分網格

6、命名入口，出口，空氣體壁面，電路闆壁面，空氣耦合面，電路闆耦合面

4、Fluent進行模型計算

1、進入Fluent

2、考慮重力影響，設定重力加速度

3、選擇模型，打開能量方程和湍流方程

4、設定材料，采用預設的空氣材料和鋁材料

5、設定計算區域的材料，空氣體材料設定為空氣

6、電路闆材料設定為鋁

7、晶片材料設定為鋁，同時設定熱源

8、設定邊界條件。入口邊界條件，設定入口風速為0.5m/s，入口溫度為300

9、設定出口溫度為300K，表壓為0

10、設定空氣壁面對流換算系數為1.5

11、設定電子闆壁面對流換算系數為2

12、空氣耦合面，電路闆耦合面熱量條件設定為耦合方法

13、求解方法設定為耦合求解器

14、計算初始化

15、疊代計算，疊代次數設為50次

16、檢查品質（連續性方程）是否守恒，發現入口和出口流量基本接近于0，滿足品質守恒，分析結果具有很大的可信性

5、CFD-Post進行計算結果可視化

1、進入CFD-Post

2、插入一個平面位置，方向選擇為xy

3、建立雲圖，并将位置選擇為剛剛建立的平面，然後檢視壓力等各計算值

4、壓力圖

5、溫度圖（很明顯可以看到晶片将溫度傳給了電路闆）

6、速度圖

7、檢視平面上溫度的動畫

8、檢視晶片導熱給電路闆溫度圖