数值模拟方法的应用
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近几十年来，随着计算机性能的不断提高和计算流体 力学的飞速发展，用数值模拟的方法对问题的分析研究取 得了重大的进展，特别是对数学分析方法难于处理的复杂 边界问题及（或）复杂几何造型问题，以及对模型实验方 法求解代价过高的问题，数值模拟被证明是一种有效地解 决问题的手段。 通过数值模拟的方法，可以减少设计成本，降低设计 风险，缩短设计周期。
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数值模拟方法的特点
• 理论研究方法 物理模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和 揭示本质和规律 • 实验方法 相似理论→模型实验装置 • 数值方法 计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法 之一
流量： 流量：0. 7l/min
流量为0.7l/min时的流速图
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流量： 流量：0. 8l/min
流量为0.9l/min时的温度分布图
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流量为0.6l/min时的温度分布图
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流量： 流量：0. 6l/min
流量为0.6l/min时的进出口压力布图
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流量： 流量：0.4l/min
流量为0.4l/min时的进出口压力布图
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数值模拟方法在工业及工程中的应用
• Airpak软件 Airpak软件主要是用于建筑业，环境等的系统分析 软件。 它可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热 和污染等物理现象；可以准确地模拟通风系统的空气流 动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题，并依照ISO 标准提供舒适度等衡量室内空气质量的技术指标。
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流量： 流量：0. 5l/min
流量为0.5l/min时的温度分布图
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数值模拟方法的应用
报告人 梁雪杰 报告时间 Friday May 7, 2010
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結果显示
•物理模型
- 流动, - 热辐射, -…..
•电脑数值计算
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热分析的应用
• 热传递的方式： 传导：两个接触良好的物体之间的能量交换或一个物体内 由于温度梯度引起的内部能量交换，遵循傅里叶定律。 对流：在物体和周围介质（流体）之间发生的热交换。用 牛顿冷却方程描述。 辐射：一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交 换，符合波尔兹曼方程。
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流量： 流量：0. 5l/min
流量为0.5l/min时的流速图
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数值模拟方法在工业及工程中的应用
Ansys软件：
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数值模拟方法在工业及工程中的应用
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初始方案
Mini bar 底部出水 底部进水
初始方案的模型图(直径为2mm的圆形水流道)
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Ansys-CFX（流体方面的应用）： 1. 水轮机、风机和泵等流体机械内部的流体流动 2. 飞机和航天飞机等飞行器的设计 3. 汽车流线外型对性能的影响 4. 风载荷对高层建筑物稳定性及结构性能的影响 5. 温室及室内的空气流动及环境分析 6. 电子元器件的冷却 7. 换热器性能分析及换热器片形状的选取 8. 河流中污染物的扩散 9. 汽车尾气对街道环境的污染 10. 食品中细菌的运移
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多场耦合分析： 耦合可用于分析设备中由于电流发热或电磁感应所 引起的结构温升，与Ansys CFD耦合可用于设备的发热 和散热分析，可考虑电磁材料属性的温度特性，所得温 度结果可进一步用于结构热应力分析。
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自然通风
temperature contours
air velocity vectors
Leabharlann Baidu
pathlines colored by temperature
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2011-10-24 www.focuslight.com.cn
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流量： 流量：0. 8l/min
初始方案的网格图
初始方案的网格图
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流量： 流量：0.4l/min
流量为0.4l/min时的温度分布图
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从以上的计算结果图可以看出，水流道转接处易产 生漩涡，不利于水的流动，对巴条温度的冷却效果不 好，最高温度达到了78℃，为了检验水流流量对巴条 冷却效果的影响，又分别对流量为0.5l/min、 0.6l/min 、 0.7l/min和 0.8l/min 的情况进行了计算。
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目 录
1. 数值模拟方法的特点 2. 数值模拟方法在工业及工程中的应用 3. 数值模拟常规流程 4. 热分析的应用
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数值模拟方法的特点
数值计算是将描述物理现象的偏微分方程在一 定的网格系统内离散，用网格节点处的场变量值近 似描述微分方程中各项所表示的数学关系，按一定 的物理定律或数学原理构造与微分方程相关的离散 代数方程组。引入边界条件后求解离散代数方程组 ，得到网格节点处的场变量分布，用这一离散的场 变量分布近似代替原微分方程的解析解。
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布线对温度分布的影响
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数值模拟方法在工业及工程中的应用
• Ansys EMAG软件：专业的电磁场分析软件
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强制通风
particle traces colored by temperature
Courtesy of McCracken & Lopez, P.A.
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WCS COOLER结构简介 COOLER结构简介
WCS COOLER结构简介： 结构简介： 结构简介 WCS COOLER长度为27mm，宽度为10.8mm，厚度 为5.1mm，上面放一功率为80w的mini bar。系统采用水 冷的冷却方式。
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数值模拟的常规流程
前处理/ Pre-Possessing 建立物理 几何模型 后处理/ Post-Possessing
求解器/ Solver
网格生成
•初始条件 •边界条件 •材料性质
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流量： 流量：0. 6l/min
流量为0.6l/min时的流速图
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流量： 流量：0. 7l/min 流量为0.7l/min：
流量为0.7l/min时的温度分布图
辐射
室内热辐射
太阳辐射
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数值模拟方法在工业及工程中的应用
• ICEPAK软件： • 电子热分析工具，可以解决包扩封装, 组件, 板和系统级别的热分析 问题 • 强迫对流、自然对流、混合对流 • 辐射，传导 • 内流、外流 • PCB 布线层和过孔 • 温度相关问题
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数值模拟方法的特点
• 理论分析 – 成本最低 将三种方法有 – 结果最理想 机结合，互为补 – 影响因素表达清楚 充，必然会取得 – 缺点：局限于非常简单的问题 相得益彰的效果 • 实验方法 – 可靠 – 成本高 – 缺点：受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制， 有时可能通过实验无法得到结果。另外实验中还会遇到经费投入 ，人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。 • 数值方法 – 成本较低 – 适用范围宽 – 缺点：表达困难，受到湍流模型、计算资源等的限制，也不是万 能的。 Focuslight Confidential
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流量为0.7l/min时的进出口压力布图
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数值模拟方法的特点
• 理论研究方法 物理模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和 揭示本质和规律 • 实验方法 相似理论→模型实验装置 • 数值方法 计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法 之一
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• Airpak软件 Airpak软件主要是用于建筑业，环境等的系统分析 软件。 它可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热 和污染等物理现象；可以准确地模拟通风系统的空气流 动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题，并依照ISO 标准提供舒适度等衡量室内空气质量的技术指标。
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多场耦合分析： 耦合可用于分析设备中由于电流发热或电磁感应所 引起的结构温升，与Ansys CFD耦合可用于设备的发热 和散热分析，可考虑电磁材料属性的温度特性，所得温 度结果可进一步用于结构热应力分析。
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数值计算是将描述物理现象的偏微分方程在一 定的网格系统内离散，用网格节点处的场变量值近 似描述微分方程中各项所表示的数学关系，按一定 的物理定律或数学原理构造与微分方程相关的离散 代数方程组。引入边界条件后求解离散代数方程组 ，得到网格节点处的场变量分布，用这一离散的场 变量分布近似代替原微分方程的解析解。
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流量： 流量：0. 7l/min 流量为0.7l/min：
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辐射
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• 理论分析 – 成本最低 将三种方法有 – 结果最理想 机结合，互为补 – 影响因素表达清楚 充，必然会取得 – 缺点：局限于非常简单的问题 相得益彰的效果 • 实验方法 – 可靠 – 成本高 – 缺点：受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制， 有时可能通过实验无法得到结果。另外实验中还会遇到经费投入 ，人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。 • 数值方法 – 成本较低 – 适用范围宽 – 缺点：表达困难，受到湍流模型、计算资源等的限制，也不是万 能的。 Focuslight Confidential
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