利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例

2 chip-side
⑨
指定与board相关的边界条件
board-side
board-top
5 . 求解设置 ① Solve-Control-Solution
保持默认设置
进行初始化 ② Solve-Initialize-Initialize
1
2
3
4
从Compute From下拉项中选择inlet,然后依次点击init，进行初始化, Apply, Close
创建计算区域
1. ① ② ③
④
⑤ ⑥
创建board区域 区域 创建 2. 创建一个plane来分割 创建一个 来分割volume 1 来分割
移动plane到适当位置，对volume 1进行 到适当位置， 进行split 移动 到适当位置 进行 3.
将创建的plane沿Y向上平移 沿 向上平移 向上平移0.1 将创建的
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 选择求解器， ① Define—Model--Solver ② Define—Model--Energy
打开能量方程，设计到温度计算。
③
Define—Model--Viscous
⑤
指定压力出口条件
⑥
指定symmetry条件
在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择boardsymm,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。
⑦
指定模型跟外部氛围的换热条件
指定固体区域材料类型
②
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
③
指定chip的热生成
⒌ ⒈ ⒉ ⒊
⒋
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。
④
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Velocityinlet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。
5 . 定义边界条件 Define—Boundary Conditions ①
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Material Name 为air（实际默认正确）。
设置收敛标准 ③ Solve-Monitors-Residual
•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。
1.另外定义一种新材料 另外定义一种新材料
2. 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
3.结果比较 结果比较
无热阻
最高温度406K 最高温度
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,chip-side,接着点击 Colors按扭，进入Grid Colors菜单，按图进行设定。
10。输出网格 。
1 2
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 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 读入网格
①
② File----Read----Case
Chip边界类型： 边界类型： 边界类型
接触的面BCDE : chip-bottom ---wall 与board接触的面 接触的面 与流体接触的4个面 与流体接触的 个面 : chip-side
:
----wall
F A B C H E
G
（ABCH,CDGH,DEFG,AHGF)
面ABEF
chip-symm --symmetry
点击Vector面板下的 面板下的Apply 点击 面板下的
Display-- Views...
从Mirror Planes选择chip-symm
Display-- Options...
勾选Light On
最后效果图
考虑chip与 附：考虑 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
D
8。指定fluid区域上的边界条件类型 。指定 区域上的边界条件类型
D fluid-symm
C
Sym-2
Fluid区域的顶面 区域的顶面 ABCD
A B
wall
9。指定区域类型 。
1 2
3 绿色 : fluid
红色（ 红色（chip） : solid ）
指定流体区域 指定固体区域
紫色（ 紫色（board）: solid ）
⑧ 1
指定与chip相关的边界条件
chip-bottom
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.
5。指定board上的对称面 。指定 上的对称面
Board symm
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 。指定 上的上下面边界条件类型
Board top
Leabharlann Baidu
Board bottom
7。指定chip上的边界条件类型 。指定 上的边界条件类型
选择刚从Gambit中输出的网格文件(.msh文件)
③ Grid----Check
检查网格质量，确定最小体积大于0
启动3D-FLUENT
此数值大于0
2 . 确认计算域大小 ① Grid----Scale ②
在Gambit中是以m为单位建模
在Scale Grid菜单中，选择Grid was created in
热量容易传导下去
有热阻
最高温度414K 最高温度
热量传导困难
Volume 2
Volume 3
划分网格
1.将chip边划分为 将 边划分为15*7*4 边划分为
7
4 15
2.划分其他边的网格 划分其他边的网格
8 16 100 8 16 16 100 16 4
划分数： 划分数：
Board沿Y向边： 4 沿 向边 向边： Board沿Z向边： 8 沿 向边 向边： Fluid 沿Y向边： 16 向边： 向边 方向长边： 沿X方向长边： 方向长边 100
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.
4. 用平移后的 用平移后的plane对volume 1进行 进行split 对 进行
5.
创建chip体 体 创建 6.移动 移动chip体到具体位置 移动 体到具体位置
7.用体相分割，得到流体区域Volume 2 用体相分割，得到流体区域 用体相分割
Volume 2 split with volume 3
保持缺省值。
4 . 定义材料属性 ① Define—Materials
流体材料中包含air，不另需定义
②
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 chip
利用FLUENT软件模拟流固耦合散热 软件模拟流固耦合散热 利用 实例
摘 要
Gambit创建模型 创建模型 FLUENT计算及后处理 计算及后处理
Gambit创建模型 创建模型
• 创建几何模型 • 划分网格 • 指定边界条件
问题描述 Chip Board Fluid
Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2·K T∞ = 298 K Symmetry Planes Air Outlet
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
4
5
3
1.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
Air inlet V = 0.5 m/s T = 298 K
Electronic Chip (one half is modeled) k = 1.0 W/m·K Q = 2 Watts Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/m·K h = 1.5 W/m2·K T∞ = 298 K
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。
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 Stream Temperature为298。
4
4
3.划分体的网格 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 。隐去网格，
2。指定速度入口 。
Inlet Velocity_inlet
3。指定压力出口 。
Outlet Pressure_outlet
4。指定board-side为wall 类型 。指定 为
Board-side wall