利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例课件.ppt

1、 FLUENT软件模拟流固耦合散热实例1学习交流PPT 摘 要Gambit创建模型创建模型FLUENT计算及后处理计算及后处理 2学习交流PPTGambit创建模型创建模型 创建几何模型 划分网格 指定边界条件3学习交流PPTCircuit 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 wall(externally co

2、oled)h = 1.5 W/m2KT = 298 KSymmetry Planes问题描述问题描述ChipBoardFluid4学习交流PPT创建计算区域1.5学习交流PPT2.创建一个创建一个plane来分割来分割volume 1创建创建board区域区域6学习交流PPT移动移动plane到适当位置，对到适当位置，对volume 1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volume 1进行进行split7学习交流PPT5.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8学习交流PPT7.用体相分割

3、，得到流体区域用体相分割，得到流体区域Volume 2 Volume 2Volume 3Volume 2 split with volume 39学习交流PPT划分网格1.将将chip边划分为边划分为15*7*4471510学习交流PPT2.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 168811学习交流PPT3.划分体的网格划分体的网格选择所有体选择所有体12学习交流PPT指定边界条件1。隐去网格，便于操作。隐去网格，

4、便于操作13学习交流PPT2。指定速度入口。指定速度入口InletVelocity_inlet14学习交流PPT3。指定压力出口。指定压力出口OutletPressure_outlet15学习交流PPT4。指定。指定board-side为为wall 类型类型Board-sidewall16学习交流PPT5。指定。指定board上的对称面上的对称面Board symmSym-1边界类型条件都为边界类型条件都为 symmetry17学习交流PPT6。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 bottom18学习交流PPT7。指定。指定c

5、hip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 -symmetry19学习交流PPT8。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ABCDwall20学习交流PPT9。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

6、绿色绿色 : fluid红色（红色（chip） : solid紫色（紫色（board）: solid21学习交流PPT10。输出网格。输出网格12在中自定义名称然后 Accept网格成功输出22学习交流PPTFLUENT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23学习交流PPT1 . FLUENT读入网格读入网格选择刚从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-FLUENT24学习交流PPT2 . 确认计

7、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Scale Grid菜单中，选择Grid was created in inch,点击 change length units, 然后再点击 Scale, 得到正确大小的计算区域。25学习交流PPT3 . 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-Viscous26学习交流PPT4 . 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：

8、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 chip27学习交流PPT5 . 定义边界条件定义边界条件DefineBoundary Conditions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Mat

9、erial Name 为air（实际默认正确）。28学习交流PPT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Material Name 为board（实际默认正确）。同样指定chip材料类型29学习交流PPT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。3

10、0学习交流PPT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velocity specification method右边选择Magnitude and Direction, 菜单展宽。在Velocity Magnitude后面输入1, 在x-Componen of Flow Direction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。31学习交流PPT

11、指定压力出口条件32学习交流PPT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。33学习交流PPT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 Coeffi

12、cient 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。34学习交流PPTboard-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Materi

13、al Name下的选项选择为board.35学习交流PPT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-bottom36学习交流PPT2chip-side37学习交流PPT指定与board相关的边界条件board-sideboard-top38学习交流PPT5 . 求解设置求解设置Solve-Control-Solu

14、tion保持默认设置39学习交流PPT 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40学习交流PPTSolve-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41学习交流PPT6 . 求解迭代求解迭代Solve-Iterate在Iterate面板中设置Number of iterate 300 次，然后点击Iterate, 进行计算。42学习交流PPT监测残差曲线Res

15、idual 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43学习交流PPT后处理后处理1.显示chip附近的温度分布44学习交流PPT2.显示z=0平面的温度分布45学习交流PPT3.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46学习交流PPTDisplay-Vectors. Selec

16、t y=0.25 从 the Surfaces list； Enter 3.8 for the Scale； Enable Draw Grid in the Options group box，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。47学习交流PPT点击点击Vector面板下的面板下的Apply48学习交流PPTDisplay- Views. Display- Options. 从Mirror Planes选择chip-symm勾选Light On49学习交流PPT最后效果图最后效果图50学习交流PPT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51学习交流PPT2. 定义定义chip-bottom边界条件边界条件在Material Name下选择材料thermal-resistant；定义Wall Thickness 为0.02inch;继续进行迭代计算继续进行迭代计算52学习交流PPT3.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53学习交流PPT