功能特点PPT课件

1、1 层流：层流：速度有序平稳，流体速度有序平稳，流体 粘性大，速度慢，油粘性大，速度慢，油 湍流：湍流：速度快，无序，流体速度快，无序，流体 粘性小，水，气粘性小，水，气 2 传热：传热：用于流体内或边界有用于流体内或边界有 热源问题，热源亦可以热源问题，热源亦可以 是幅射传热，设备机箱是幅射传热，设备机箱 绝热：绝热：无能量散失无能量散失 流 体 力 学 分 类 流 体 力 学 分 类 3 可压：高速流动的气体，密度 因高压而变化，亚音速 跨音速、超音速 不可压：油、水 4 牛顿流：应力与应变率是线性关系 非牛顿流：应力与应变率是非线性 关系：聚合物、血液、 泥桨、牙膏 求解方法: Navi

2、er-Stokes方程 求解步骤 求解步骤 x V y V z V p T k 0 0 z iny x V VV V 0 0 0 z y x V V V 进口面进口面 固壁面固壁面 出口面 0p 0 TT 热源热源8W8W 热源8W 固壁绝热固壁绝热 绝热绝热 常温常温 热流密度热流密度 对流换热系数对流换热系数 热辐射系数热辐射系数 第一类边界条件： 第二类边界条件： 第三类边界条件： 温度分布温度分布 求解步骤 求解步骤 速度分布 流线 求解步骤 压力分布 求解步骤 对流换热系数 求解步骤 ANSYS提供的湍流模型 紊流模型多种多样适应于各种不同的流动情况而且可在同一次分析中在多个紊 流模

3、型之间进行切换 标准标准 k- 模型模型（最常用的紊流模型、适用于大多数流动情况）（最常用的紊流模型、适用于大多数流动情况） 零方程紊流模型零方程紊流模型（适用于紊流强度不大的情况）（适用于紊流强度不大的情况） RNG模型模型（Re-Normalized Group Turbulence Model）（适用）（适用 于产生了比较严重的分离或旋涡的流场的分析）于产生了比较严重的分离或旋涡的流场的分析） Shih新新 k- 模型模型 （适用于对旋转流场作分析）（适用于对旋转流场作分析） Girimaji 非线性模型非线性模型（适用于对次旋涡、旋转流场作分析）（适用于对次旋涡、旋转流场作分析） Sh

4、ih、Zhu、Lumley模型模型（适用于速度梯度较大的流场情况（适用于速度梯度较大的流场情况） 非牛顿流非牛顿流 ANSYS允许用户指定非牛顿流体粘性，可在四种非牛顿流体模型之间进行允许用户指定非牛顿流体粘性，可在四种非牛顿流体模型之间进行 选择选择 幂率模型：适合于模拟聚合物、血液和橡胶等的流动幂率模型：适合于模拟聚合物、血液和橡胶等的流动 Carreau模型：模型： 它剔除了幂率模型的某些不足。当流体实际上存在某种程它剔除了幂率模型的某些不足。当流体实际上存在某种程 度的剪切率，但仍然受约束为零度的剪切率，但仍然受约束为零/无限剪切率时，适用该模型无限剪切率时，适用该模型 Bingham

5、模型：适合于模拟泥浆和浆糊模型：适合于模拟泥浆和浆糊 用户可编程子程序用户可编程子程序UserVisLaw: 在选择粘性模型时有很大的灵活性在选择粘性模型时有很大的灵活性 ANSYS/隐式隐式: 流体流体 形态相同形态相同 粘度相似粘度相似 用于用于 稀释分析稀释分析 混合混合分析分析 复合气体复合气体 多阻份流多阻份流 管 流 用来确定一个封闭系统中流体的压力，速度和热交换特性 可应用于具有不可压缩流体的常值流率的任何系统。 能使用热表面效应单元类型（SURF151、SURF152等）和热流管单元类型 （FLUID 116）来模拟流体结构对流换热效应。增强了管流分析功能，尤其适用 于热交换器

6、分析。 发动机自动冷却系统。 压缩机管流分析 压缩机 天线馈线系统热分析 特殊技术 分布阻尼：模拟网状物的效应 风扇模型：模拟风扇效应 自由表面：江河湖泊，液体晃动 ANSYS/隐式隐式: 流体流体 计算流体中的压力、计算流体中的压力、 梯度、梯度、 分贝级别、分贝级别、 可压无粘，可与结构耦合，模拟声波共振可压无粘，可与结构耦合，模拟声波共振 ANSYS/隐式隐式: 流体流体 声学分析 声波在介质中的传播 声波的压力波特性 水下结构的动力分析 声（流）固耦合分析 无限远表面吸收单元 噪声分析、降噪设计 发音设备性能分析 建筑物音响效果设计 静液体 模拟液体的晃动， 液体与容器的相 互作用 单

7、元少，计算快；单元少，计算快； 可以外延得到整个流场可以外延得到整个流场 的结果（的结果（3D） 边界元（Linflow）：利用固体表面（流体边界）的单元 （边界元）计录整个流场的特性： 适于于线性无粘流体 水下结构的动力学分析 气弹与颤振分析 ANSYS/隐式隐式: 流体流体 流体力学求解方法 - TDMA 三对角矩阵法 - CRM 共扼残差法 - PCRM 预条件共扼残差法 - PGMR 预条件广义最小残差法 - Sparse Direct 稀疏矩阵法 自然界所有物理现象实际上都是多场耦合的 多物理场模拟是在一次模拟中耦合入多种物理现象的能力 ANSYS各种物理场分析之间可进行任意多物理场

8、模拟 间接耦合：物理环境 直接耦合：多自由度单元 耦耦 合合 场场 ANSYS/隐式隐式: 耦合场耦合场 ANSYS在耦合场分析中的典型应用在耦合场分析中的典型应用 流体流过橡胶垫的流固耦合分析压力分布及速度矢 量分布图 ANSYS在耦合场分析中的典型应用在耦合场分析中的典型应用 浸在水中的圆筒的变形图浸在水中的圆筒的应力分布图 电子热设计 ANSYS/隐式隐式: 流体流体 电源散热器电源散热器 ANSYSANSYS流体动力学在发热电子设备的成功应用流体动力学在发热电子设备的成功应用 发展趋势：发展趋势： 体积小体积小 功率大功率大-温升大温升大 工作环境： 高温 高湿度 封闭 电子产品需要热

9、分析 固体传热固体传热能量方程能量方程 流体传热和对流换热流体传热和对流换热运动和能量方程运动和能量方程 固体和流体一起划分单元：只是材料特性不同固体和流体一起划分单元：只是材料特性不同 流体固体同时求解流体固体同时求解 多种固体，多种流体多种固体，多种流体 设备电源 陶瓷发热块 热传导热传导导热系数导热系数 种类（固体、液体、气体）种类（固体、液体、气体） 物性参数（密度） 场参数（温度、湿度、压力） 热对流对流换热系数 物性参数（ 、 、 、 、C） 近壁面温差：流速大小与分布，近壁面温差：流速大小与分布， 流动性质：（湍流或层流，自然或强迫对流）流动性质：（湍流或层流，自然或强迫对流）

10、热辐射辐射系数 4 100 T CE bb 通讯电源散热器 电子冷却分析 一一.问题描述：问题描述： 1.散热器底板为铝，厚度散热器底板为铝，厚度=.003m，散热齿片高度，散热齿片高度=.034m，个数，个数=94 2.热源：发热元件，共热源：发热元件，共8个，每个功率个，每个功率=50W 3.热源：发热元件，共热源：发热元件，共14个，总功率个，总功率=150W 二二.求解求解: 1.散热器上的温度分布？散热器上的温度分布？ 2.散热齿片周围的空气流场？散热齿片周围的空气流场？ 3.整个机箱内有三个上下叠放的器件时的相互干扰和进排气孔位置整个机箱内有三个上下叠放的器件时的相互干扰和进排气孔

11、位置 的优化？的优化？ 94个散热片分布 发热电阻50W 热源分布之一：8个发热电阻分布，每个功率=50W 热源分布之二：14个发热电阻分布 发热电阻 6.3W 6.3W 4W 4W4W 4W 27W 27W 32W 7.2W 7.6W 3W 3W 3.4W 散热片分布 求解步骤: 1. 壁面 壁面 通 气 通气 三维 可压缩 有粘 层流 自然对流 参数：参数：速度、温度、压力速度、温度、压力 边界条件：边界条件： 环境温度：环境温度：T=20T=20C C 壁面绝热壁面绝热 出口压力：出口压力：p=0p=0 壁面速度：壁面速度：V=0V=0 求解步骤:3.确定流动参数 4.确定流动边界条件

12、3D网格划分：94个散热片、散热板及8个发热电阻 3D网格划分：散热片 3D网格划分：94个散热片、散热板及8个发热电阻 3D网格划分：流场 散热板表面温度分布(热源分布之一热源分布之一) 散热片温度分布(热源分布之一) 温度分布云图(热源分布之一) 温度分布云图(热源分布之二) 进气口温度293K 进气口温度293K 温度分布云图(热源分布之二) 温度分布云图(热源分布之二) 温度分布云图(热源分布之二) 散热齿周围流场流动图 散热齿周围流场速度矢量图 散热齿周围流场速度矢量图 散热齿表面对流换热系数 三个区域 散热片分布 散热片分布 可进气口可进气口 可进气口 可进气口 可进气口 可进气口

13、 可进气口 可开孔处可开孔处可开孔处可开孔处可开孔处可开孔处 可开孔处可开孔处 电子系统（机箱） 冷却分析 一.问题描述： 1. 机箱内共有14个发热元件，主发热元件有3个：220W，220W，87W 位于机箱中部，主要靠紧贴热源的带有8个散热通道的散热器散热， 采用强迫风冷； 2.另一个70W的主发热元件位于机箱左侧，主要靠紧贴热源的带有20排 散热片的散热器散热，采用自然风冷。 二.求解: 1. 每个发热元件的温度分布？ 2.机箱内的空气流场？ 3.风扇参数的优化？ 电子系统冷却实例电子系统冷却实例 散热通道散热通道 发热体发热体 70W 风扇风扇 进风口 散热面散热面 发热体 220W

14、发热体 220W 发热体 87W 电子系统冷却实例 实体温度分布 电子系统冷却实例 温度分布 电子系统冷却实例 实体温度分布（切片） 电子系统冷却实例 空气温度分布 电子系统冷却实例 温度分布 军用加固计算机 冷却分析 问题描述问题描述：军用加固计算机的结构布局如下图，主机箱完全封闭，内有一扰流风机，电源部分与主机箱隔开，通过两台军用加固计算机的结构布局如下图，主机箱完全封闭，内有一扰流风机，电源部分与主机箱隔开，通过两台 风机抽风来散热，进、排气口装有网栅，其通风率为风机抽风来散热，进、排气口装有网栅，其通风率为50%50%。电源、机箱表面和隔板的电源侧都带有散热肋片。机箱和散热肋。电源、机

15、箱表面和隔板的电源侧都带有散热肋片。机箱和散热肋 片的材料为铝，机箱内元器件的发热总功率为片的材料为铝，机箱内元器件的发热总功率为57.5W57.5W，环境温度为，环境温度为2424C C 。 电源20W 风机 风机 肋片(后) 肋片(右) 硬盘5W 出风口 进 风 口 显卡控制芯片2.5W 显卡1W 网卡1W CPU8W 散热块 隔板 肋片(左) 肋片(前) 肋片 肋片 网格划分：流、固体部分全采用六面体单元 固体 固体 固体 空 气 计算模型： 进出风口采用网栅模型：通风率50% 三个风扇均采用风扇模型，风扇曲线如下图 Air Flow(CFM) Pressure(In. of Water

16、) 09631215 .02 .04 .06 .08 计算结果：固体部分温度比较 计算 测试 中隔板靠散热块内侧 31.0 34 硬盘底部 29.7 34 硬盘侧部(上) 28.5 31 硬盘侧部(下) 29.2 33 显卡 31.3 33 电源出风口 30.2 32 电源上方 29.4 31 前面板内侧 29.1 30 右侧板内侧 30.5 32 后面板内侧 29.5 30.5 左侧板内侧 29.2 30.5 计算结果：固体部分温度分布云图 计算结果：固体部分温度分布等值线 机箱内空气温度分布云图 计算结果：机箱内空气流动流线 计算结果：机箱内空气流动图 管 流 用来确定一个封闭系统中流体的

17、压力，速度和热交换特性 可应用于具有不可压缩流体的常值流率的任何系统。 能使用热表面效应单元类型（SURF151、SURF152等）和热流管单元类型 （FLUID 116）来模拟流体结构对流换热效应。增强了管流分析功能，尤其适用 于热交换器分析。 发动机自动冷却系统。 压缩机管流分析 压缩机 天线馈线系统热分析 计算流体中的压力、计算流体中的压力、 梯度、梯度、 分贝级别、分贝级别、 可压无粘，可与结构耦合，模拟声波共振可压无粘，可与结构耦合，模拟声波共振 ANSYS/隐式隐式: 流体流体 声学分析 声波在介质中的传播 声波的压力波特性 水下结构的动力分析 声（流）固耦合分析 无限远表面吸收单元 噪声分析、降噪设计 发音设备性能分析 建筑物音响效果设计 静液体 模拟液体的晃动， 液体与容器的相 互作用 3D网格划分：94个散热片、散热板及8个发热电阻 温