FloEFDProV91第二章耦合热交换收集资料.docx

1、FloEFDProV91第二章耦合热交换收集资料第二章：第一阶段 耦合热交换这一阶段耦合热交换教程展现了如何对涉及到固体导热的流动分析进行每一步基础的设置。虽 然说这个例子的基本原则是适用于所有的散热问题，但这个例子对那些关注电子设备内流动和 热交换的用户特别有借鉴意义。现在假定你已经完成了第一阶段：球阀设计教程，因为这个例 子将展现一些更为详细的 FloEFD.Pro 的使用原则。打开模型1.复制 First Steps - Electronics Cooling 文件夹到你的工作目录， 此外由于 FloEFD.Pro在运行时会对其输入的数据进行存储，所以必须确保文件处于非只读状态。运行 F

2、loEFD.Pro ，点击 File ， Open 。2. 在 Open 对 话 框 ， 浏 览 First StepsElectronicsCooling 文 件 夹 找 到enclosure_assembly.asm 组件并且点击 Open 。准备模型 在这个分析组件中存在很多特性，零件或子组件不需要分析。使用 FloEFD.Pro 之前，仔细检 查模型中不参与到分析中的元器件是一种良好的软件使用习惯。剔除那些不参与到分析中的元 件可以减少对计算机资源的要求和求解时间。这个组件中包含了如下一些元件：外壳，主板， PCB 板，电容，电源，散热器，芯片，风机， 螺钉，风扇支架，盖子等。通过点击

3、 Pro/ENGINEER 模型树中的特征，你可以看到所有的这 些元器件。在这个教程中我们通过对入口盖子内表面处的 Fan 设定一个边界条件来对风机进 行仿真。这个风机的几何外形比较复杂，重新生成的话需要一定时间。因为风机的外壳在机壳 之外，所以我们可以将其压缩（ Pro/E 功能）从而加快 Pro/ENGINEER 的操作。1. 在模型树中选择 FAN-412 及其子组件 ，和所有 Pattern 4 of SCREW 项。2.右击先前选择的任何一个元件并且选择 Suppress ，点击 OK 确定开始压缩。压缩风机和风机螺母在机壳留下了五个开孔。将要运行内部分析， 所以所有的开孔必须与盖子

4、一起关闭。 可以通过 Flow Analysis, Tools, Create Lids 中的创建盖子的工具完成操作。为节省操作者的时间，入口盖子已经创建好，并且已经添加到模型中。只需解压就能使用。请 确保 Tree Filters 设置允许观看 Model Tree 中的目标。3. 在 模 型 树 中 选 择 INLET_LID 和 Pattern 5 of SCREWHOLE_LID 。4. 右击选中的任意元件并选择 Resume 。现在开始启动 FloEFD.Pro 。创建 FloEFD.Pro 项目1.点 击 Flow Analysis ， Project ， Wizard 。2.如果

5、已经在向导状态， 直接选择 Create new ，以便创建一个新的配置并且命名 为 INLET_FAN 。点击 Next 。现 在 我 们 将 创 建 一 个 名 为 USA Electronics 的新系统单位， 这将更有助于 我们进行分析。3.在 Unit system 列表选择 USA 系统单位。选择 Create new 对工程数据增加一个新的 系统单位，称之为 USA Electronics 。FloEFD.Pro 允许你使用预先定义好的系统单位， 但通常你 可以自定义常用的系统单位以便于分析。 无论是预定义的系 统单位还是自定义系统 单位都被保存在 Engineering Dat

6、abase 中。你也可以在 Engineering Database 或 Wizard 创建你所需要的系统单位。通过拉动 Parameter 树中的滚动条， 你可以看到对所有参 数所设定的单位。尽管绝大多数的参数都有一个常用的单 位，诸如对于速度是 ft/s ，对于体积流是 CFM ( 每分钟立方英尺 ) 但是我们还是要改变一些对于这个模型而言更为方便分析的参数单位。 由于模型的几何参数比较小，所以用英寸来替代英尺来作为长度单位更合适。4. 对于 Length 框，双击 Units 项并选择 Inch 。5. 接着展开 Parameter 树中的 Heat 组 。为了我们更为方便的处理电子设备

7、类问题，我们将功率和 热流单位分别定义为 Watt 和 Watt/ 。点击 Next 。6. 设置分析类型为 Internal 。在 Physical Features 下勾选 Heat conduction in solids 。选择固体导热是因为几个电子元器件产生热量， 我们关注这 些热量是如何通过散热器和其他固体导热进行传递， 直至最 后进入到流体中去的。点击 Next 。7. 展 开 Gases 夹 并 且 双 击 Air 行 。 保 持 默 认 的Flow Characteristics点击 Next 。8.展开 Alloys 夹并且点击 Steel Stainless 321 作为

8、 Default solid 。在 Wizard 中你可以指定应用到 FloEFD.Pro 项目中所有 固体元件的默认固体材料。 想对一个或多个不同的元器件指 定不同的固体材料， 你可以在项目创建完成之后对这些元器 件定义 Solid Material 条件。点击 Next 。9.选择 Heat transfer coefficient 作为默认的外表壁面的热条件 ( Default outer wall thermal condition )，定义换热系数( Heat transfer coefficient ) 值为 5.5W/m2/K ， 外 部 流 体 温 度 ( External f

9、luid temperature ) 值为 50 0F 。输入的传热系数值自动转 成所选择的单位系统 (USA Electronics )。在 Wizard 中 Wall Conditions 对话框定义模型壁面默 认条件。如果 Heat conduction in solids 可行， Default outer wall thermal condition 参数允许仿真模型壁面外侧和周围环境间的热交换。案例中箱 体置于空气温度 50F 的空调房，热由于自然对流通过机箱外表壁极大地冷却机箱。点击 Next 。尽管设置初始温度对于一段时间后温度到达某一确定值的瞬态分析而言是相当重要的，同样对于

10、设置一个与最终仿真结果值相近的初始值有助于加速迭代计算的收敛。在这个例子中，由于 设备处于室温下，所以我们设置初始的空气温度和不锈钢(描述了机壳)的温度为 50F 。10.设 置 初 始 流 体 Temperature 和 Initial solid temperature 为 50F 。点击 Next 。11.接受 Result resolution 的默认值并且保持自动设 置 Minimum gap size 和 Minimum wall thickness 。FloEFD.Pro 通过使用整个模型尺寸、计算域和指定了边 界条件和目标的面等信息来确定默认的最小间隙尺寸和最小壁面厚度。在开始

11、计算之前，我们推荐你检查一下最小间隙尺寸和最小壁面厚度，从而确保一些小的特征不会被忽略。我们会在所有的边界条件和目标设定之后再来回顾一下这些方面点击 Finish 。现在 FloEFD.Pro 利用赋值数据方式创建了一个新的例子。我们使用 FloEFD.Pro 分析树定义我们的分析，这种定义方式类似我们先前利用特性管理设计树 定义我们的模型。点击 FloEFD.Pro转换到FloEFD.ProAnalysis Tree ，右击Computational Domain图标并选择 Hide 从而隐藏求解域线框。定义风扇风机就是一种流动的边界条件。你可以在没有定义 Boundary Conditio

12、ns 和 Sources 的固体 表面处来定义 Fans 。你也可以在模型的入口或出口处人工的加一个盖子来定义风扇。你可以在 内部流动区域的面上定义内部风扇。风机被认为是体积流量（或质量流量）随着选定的进出口面 上压降不同而变化的理想装置。风机的体积流量与静压降的特性曲线来自 Engineering Database 。如果你分析的模型中有风机，你必须知道这个风机的性能特性曲线。在这个例子中我们采用 Engineering Database 中一个预先定义的风机。如果你不能在数据库中找到一个合适的风机 特性曲线，你可以根据你风机的具体参数创建一个你自己的风机特性曲线。1. 点 击 FlowAn

13、alysis ，Insert ， Fan 。Fan 对 话 框 出 现。2. 如 图 所 示 选 择 INLET_LID 的 内表面。 （访问内 表面，设置 Filter 为 Geometry ， 右击 INLET_LID 直到内表面突出，然后单击鼠标左键 ） 。3.选择 ExternalInlet Fan 作为风扇type 。4.点 击 Browse ， 从 Engineering database 中选择风扇曲线。5.在 Fan 清单中 Pre-Defined, Axial, Papst 中选择 Papst412 项。8.6. 点击 OK 返回到 Fan对话框。7. 在 Settings

14、页扩展ThermodynamicParameters 项 ，检查Ambient Pressure是大气压力。回到 Definition 页面。接受 Face Coordinate System 作 为 Coordinate System 。当选择这个面作为应用边界条件或风机的面时， Face coordinate system 会自动创建在这个平面的中心。坐标系的 X 轴垂直 于这个面。 Face coordinate system 只有在一个平面被选择的情况下才会被创建。9.接受 X 作为 Reference axis 。10.Inlet Fan 1 出现在点击 OK 。新 Fans 文件夹

15、和 ExternalFloEFD.Pro 分析树中。现在可以编辑 External Inlet Fan1 项或者使用 FloEFD.Pro 分析树来增加一个新的风扇。直到最后一个这类特性被删除之 前，这个文件夹都会处于显示状态。也可以在分析树创建一个 特性文件夹。右击项目名并且选择 Customize Tree 增加或剔除一个文件夹。由于盖子出口处是环境大气压，所以风机产生的静压等于气流 通过电子设备时候的压降。定义边界条件除了开口处定义了风机之外，任何流体流经系统处都要定义边界条件。边界条件可以 以 Pressure ， Mass Flow ， Volume Flow 或 Velocity 形式定义。你也可以使用 Boundary Condition 对话框来定义 Ideal Wall 边界条件，这个边界条件可以是绝热，无摩擦壁面。或 定义 Real Wall 边界条件，这个边界条件可以设置壁面粗糙度或者温度以及模型表面的热交 换系数。对于具有内部固体导热的分析，你也可以通过定义一个 Outer Wall 边界条件来对模型外壁面设置一个热特性边界条件。1.在 FloEFD.Pro 分 析