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利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例
1摘要Gambit创建模型FLUENT计算及后处理
2Gambit创建模型创建几何模型划分网格指定边界条件
3Circuitboard(externallycooled)k=0.1W/m∙Kh=1.5W/m2∙KT∞=298KAirOutletAirinletV=0.5m/sT=298KElectronicChip(onehalfismodeled)k=1.0W/m∙KQ=2WattsTopwall(externallycooled)h=1.5W/m2∙KT∞=298KSymmetryPlanes问题描述ChipBoardFluid
4创建计算区域1.①②③④⑤⑥
52.创建一个plane来分割volume1创建board区域
6移动plane到适当位置，对volume1进行split将创建的plane沿Y向上平移0.13.4.用平移后的plane对volume1进行split
75.创建chip体6.移动chip体到具体位置
87.用体相分割，得到流体区域Volume2Volume2Volume3Volume2splitwithvolume3
9划分网格1.将chip边划分为15*7*44715
102.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：4441001001616161688
113.划分体的网格选择所有体
12指定边界条件1。隐去网格，便于操作
132。指定速度入口InletVelocity_inlet
143。指定压力出口OutletPressure_outlet
154。指定board-side为wall类型Board-sidewall
165。指定board上的对称面BoardsymmSym-1边界类型条件都为symmetry
176。指定board上的上下面边界条件类型wallBoardtopBoardbottom
187。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与流体接触的4个面:chip-side----wall（ABCH,CDGH,DEFG,AHGF)面ABEF:chip-symm--symmetry
198。指定fluid区域上的边界条件类型fluid-symmSym-2ADCBFluid区域的顶面ABCDwall
209。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）:solid
2110。输出网格12在FileName中自定义名称然后Accept网格成功输出
22FLUENT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
231.FLUENT读入网格①②File----Read----Case选择刚从Gambit中输出的网格文件(.msh文件)③Grid----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-FLUENT
242.确认计算域大小Grid----Scale①②在Gambit中是以m为单位建模在ScaleGrid菜单中，选择Gridwascreatedininch,点击changelengthunits,然后再点击Scale,得到正确大小的计算区域。
253.选择求解器，物理模型①Define—Model--Solver保持缺省值。②Define—Model--Energy打开能量方程，设计到温度计算。③Define—Model--Viscous
264.定义材料属性①Define—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MaterialType下拉菜单中选择solid，在Name中输入board,删除ChemicalFormula中的内容，将ThermalConductivity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
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285.定义边界条件①Define—BoundaryConditions指定流体区域材料类型在BoundaryConditions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MaterialName为air（实际默认正确）。
29②指定固体区域材料类型在BoundaryConditions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MaterialName为board（实际默认正确）。同样指定chip材料类型
30③指定chip的热生成在Solid面板中,勾选SourceTerms，然后选择SourceTerms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。⒈⒉⒊⒋⒌
31④指定速度入口条件在BoundaryConditions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velocityspecificationmethod右边选择MagnitudeandDirection,菜单展宽。在VelocityMagnitude后面输入1,在x-ComponenofFlowDirection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。
32指定压力出口条件⑤
33指定symmetry条件⑥在BoundaryConditions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。
34指定模型跟外部氛围的换热条件⑦在BoundaryConditions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ThermalConditions下选择Convection，设置HeatTransferCoefficient为1.5，FreeStreamTemperature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。
35board-bottom：模型Y向最小面跟周围氛围的换热条件在BoundaryConditions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ThermalConditions下选择Convection，设置HeatTransferCoefficient为1.5，FreeStreamTemperature为298。将MaterialName下的选项选择为board.
36⑧指定与chip相关的边界条件在BoundaryConditions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ThermalConditions下选择默认为Coupled,将MaterialName下的选项选择为chip.1chip-bottom
372chip-side
38⑨指定与board相关的边界条件board-sideboard-top
395.求解设置Solve-Control-Solution保持默认设置①
40②Solve-Initialize-Initialize1432从ComputeFrom下拉项中选择inlet,然后依次点击init，进行初始化,Apply,Close进行初始化
41Solve-Monitors-Residual③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
426.求解迭代Solve-Iterate在Iterate面板中设置Numberofiterate300次，然后点击Iterate,进行计算。
43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
44后处理1.显示chip附近的温度分布
452.显示z=0平面的温度分布
463.创建速度矢量图创建y=0.25inch的平面Surface---Iso-Surface123451.在Surfaceofconstant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
47Display--Vectors...Selecty=0.25从theSurfaceslist；Enter3.8fortheScale；EnableDrawGridintheOptionsgroupbox，将弹出GridDisplay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GridColors菜单，按图进行设定。
48点击Vector面板下的Apply
49Display--Views...Display--Options...从MirrorPlanes选择chip-symm勾选LightOn
50最后效果图
51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
522.定义chip-bottom边界条件在MaterialName下选择材料thermal-resistant；定义WallThickness为0.02inch;继续进行迭代计算
533.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
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