Fluent传热 | 散热器自然对流

CFD之道
CFD之道 excellent优秀讲师
1年前浏览5198

本教程演示利用Fluent模拟展翅散热片自然对流换热。

本教程演示如何执行以下任务:
  • 设置操作条件和材料特性,以便在FLUENT中求解自然对流
  • 为浮力流定义压力边界条件
  • 为浮力流选择适当的求解控制
  • 进行能量平衡及传热系数后处理

1 问题描述

案例散热器模型如下图所示。

计算区域模型如下图所示。

2 Fluent设置

  • 以 3D、double-precision启动Fluent
  • 读取计算网格heatsink-natl-conv-poly.msh.gz
计算网格如下图所示。

2.1 Models设置

  • 激活能量方程

  • 采用层流模型

注:自然对流的流型需要采用瑞利数进行判断。本案例瑞利数大约为2.7e4。

2.2 Materisls设置

  • 从材料库中添加材料Copper

  • 新建材料grease,采用下图所示材料参数

  • 新建固体材料component,如下图所示设置材料参数

  • 修改材料air的属性参数,如下图所示

2.3 区域设置

  • 设置区域copper的介质材料为copper

  • 设置区域heater材料介质为grease,激活选项Source Terms

  • 指定区域热源为2325000 w/m3

  • 其他区域采用默认设置

2.4 边界条件设置

  • 如下图所示同时设置边界outlet-fluid及outlet-fluid.1

  • 设置Backflow Toal Temperature298.15 K

  • 如下图设置边界wall-heater-copper

注:这代表了在加热器和铜板之间施加的0.1毫米热润滑脂的热阻
  • 如下图所示,将边界wall-heater-copper参数拷贝到边界wall-copper-heatsink

2.5 操作条件

  • 点击按钮Operating Conditions…打开操作条件设置对话框

  • 如下图所示设置操作条件

在操作条件面板中,定义负z方向的重力,并将操作密度设为1.183975 kg/m,这是在工作压力(101325 Pa)、环境温度为298.15K下的空气密度。只有在选择了Boussinesq作为材料面板的密度时才使用操作温度,因此这里可以忽略它。

2.6 Methods设置

  • 如下图所示设置求解算法

2.7 Controls设置

  • 设置计算控制参数

2.9 Monitor设置

-

2.10 定义监测

  • 如下图所示定义监测点

  • 监测点位置的平均速度

  • 监测heatsink的平均温度

2.11 初始化并计算

  • 如图所示进行初始化

  • 如图所示设置迭代参数并进行计算

注:若计算无法迭代,可调低残差标准。

3 计算结果

  • 温度监测值

  • 速度监测结果

  • 查看换热率

  • 散热器表面温度分布

  • 对称面上温度分布

  • 设置参考值

  • 统计表面换热系数

  • 换热系数如下图所示

4 操作密度

  • 在包括浮力和压力边界的问题中,计算结果取决于操作密度
  • 输入的操作密度值应等于在环境温度和压力下的流体密度。多数情况下,边界表压设置为0,因此绝对压力等于操作压力。
  • 在许多情况下,操作密度中多包括几位有效数字对于计算收敛是有益的(有时甚至是关键的)。
手工计算密度比较麻烦,比较常用的方法是利用Fluent进行估计:
  • 指定材料介质密度(如不可压缩理想气体),并将介质分配到流体区域
  • 进入初始化面板,指定Temperature

注:初始化之后才能进行后处理密度查看。
  • 进入Volume Integrals面板获取密度

Fluent
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首次发布时间:2019-10-12
最近编辑:1年前
CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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none
3条评论
aCOOLER
签名征集中
1年前
请问瑞利数是怎么确定的?温差是预估的还是怎么得出的
回复 1条回复
碾落成泥
签名征集中
1年前
请问案例文件在哪能够获取呢?<br/>
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高飞
签名征集中
1年前
挺好
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