1、 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Circuit 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 cooled)h=1.5 W/m2KT=298 KSymmetry Planes问题描述ChipBoard
2、Fluid创建计算区域1.2.创建一个plane来分割volume 1创建board区域移动plane到适当位置，对volume 1进行split将创建的plane沿Y向上平移0.13.4.用平移后的plane对volume 1进行split5.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Volume 2 Volume 2Volume 3Volume 2 split with volume 3划分网格1.将chip边划分为15*7*447152.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：44410
3、0100 16 16 16 16883.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_inlet3。指定压力出口OutletPressure_outlet4。指定board-side为wall 类型Board-sidewall5。指定board上的对称面Board symmSym-1边界类型条件都为 symmetry6。指定board上的上下面边界条件类型 wallBoard topBoard bottom7。指定chip上的边界条件类型ABFCDGEHChip边界类型：与board接触的面BCDE:chip-bottom -wall与流体
4、接触的4个面 :chip-side -wall（ABCH,CDGH,DEFG,AHGF)面ABEF :chip-symm -symmetry8。指定fluid区域上的边界条件类型fluid-symmSym-2ADCBFluid区域的顶面ABCDwall9。指定区域类型指定流体区域 指定固体区域123绿色 :fluid红色（chip）:solid紫色（board）:solid10。输出网格12在File Name中自定义名称然后 Accept网格成功输出FLUENT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
5、算l 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-FLUENT2.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。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。Define
6、Model-Viscous4.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 chip5.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
7、后在Type一侧选择fluid，点击Set按扭,在弹出的Fluid面板中选择Material Name 为air（实际默认正确）。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
8、前面数值设定为904000，然后确认OK。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298
9、K。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 Str
10、eam 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。board-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.指定与chip相
11、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-bottom2chip-side指定与board相关的边界条件board-sideboard-top5.求解设置Solve-Control-Solution保持默认设置Solve-Initialize-Initialize1432从Compute From下拉项中选择inlet,然后依次
12、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Number of iterate 300 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-Surface12
13、3451.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Display-Vectors.Select 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,ch
14、ip-side,接着点击Colors按扭，进入Grid Colors菜单，按图进行设定。点击Vector面板下的ApplyDisplay-Views.Display-Options.从Mirror Planes选择chip-symm勾选Light On最后效果图附：考虑chip与board之间的接触热阻对散热的影响1.另外定义一种新材料2.定义chip-bottom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3.结果比较无热阻最高温度406K有热阻最高温度414K热量容易传导下去热量传导困难
