利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例

利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例,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/mKh=1.5W/m2KT=298K,AirOutlet,AirinletV=0.5m/sT=298K,ElectronicChip(onehalfismodeled)k=1.0W/mKQ=2Watts,Topwall(externallycooled)h=1.5W/m2KT=298K,SymmetryPlanes,问题描述,ChipBoardFluid,创建计算区域,1.,2.,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0.1,3.,4.,用平移后的plane对volume1进行split,5.,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Volume2,Volume2,Volume3,Volume2splitwithvolume3,划分网格,1.将chip边划分为15*7*4,4,7,15,2.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：,4,4,4,100,100,16,16,16,16,8,8,3.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_inlet,3。指定压力出口,OutletPressure_outlet,4。指定board-side为wall类型,Board-sidewall,5。指定board上的对称面,Boardsymm,Sym-1,边界类型条件都为symmetry,6。指定board上的上下面边界条件类型wall,Boardtop,Boardbottom,7。指定chip上的边界条件类型,Chip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-symmetry,8。指定fluid区域上的边界条件类型,A,D,C,B,Fluid区域的顶面ABCD,wall,9。指定区域类型,指定流体区域指定固体区域,1,2,3,绿色:fluid红色（chip）:solid紫色（board）:solid,10。输出网格,1,2,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,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-FLUENT,2.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,DefineModel-Solver,保持缺省值。,DefineModel-Energy,打开能量方程，设计到温度计算。,DefineModel-Viscous,4.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chip,5.定义边界条件,DefineBoundaryConditions,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）。,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,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。,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,指定symmetry条件,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,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.,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.,1,chip-bottom,2,chip-side,指定与board相关的边界条件,board-side,board-top,5.求解设置,Solve-Control-Solution,保持默认设置,Solve-Initialize-Initialize,1,4,3,2,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-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,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-Surface,1,2,3,4,5,1.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Apply,Display-Views.,Display-Options.,从MirrorPla