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【CFD教程】7分钟学会电子机箱的强迫风冷模拟

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1 案例背景

电子机箱是承载电子设备的箱体,比如电脑主机。机箱内电子元件工作会发热,为了让热量及时排出,常用风扇强迫外界空气流经机箱,进行散热。本仿真目的是计算电子元件发热功率及进风量一定时,机箱内的温度分布情况,进而辅助机箱的热设计。 

本案例需要的输入文件和参数信息如下表:

网格文件

Chassis.msh

物理模型

不可压

湍流模型

SST k-omega

边界条件

风速:2m/s

功率热源8个,共计31.5W

 

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图1  网格模型


2 网格处理

2.1新建工程

a. 启动AICFD 2024R1;

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图2  AICFD窗口

b. 选择 文件> 新建,新建工程,选择工程文件路径,设置工程文件名,点击“确定”。

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图3  新建工程

2.2网格导入

a. 单击菜单栏 网格> 导入网格 ,这个模型包括机箱外壳、里面的空气,以及内部器件。(点击下载模型文件

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图4  网格导入

b. 空气从2个圆形入口以2m/s流入,从另一侧的三列长方形出口流出。

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图5  空气流动方向


3 求解设置

3.1求解模型

a. 双击 求解> 求解模型,设置湍流模型。时间选稳态,流动选不可压。方法选湍流,热效应处勾选能量。

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图6  模型设置

b. 右击 材料> 添加材料,本案例涉及的材料有4种,包括软件内置的:铝和空气;另外2种电路板和芯片需要额外添加。右键,添加材料,名称电路板,类型选固体,在材料特性中依次输入密度1600,比热容150,导热系数30,确定。

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图7  材料选择

c. 同样步骤添加芯片,密度2400,比热容100,导热系数15,点击确定。在实际工程计算中,需要根据自己的材料参数输入对应数据。

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图8  材料选择

3.2 计算域设置

a. 这个模型有外壳、空气、以及里面各种发热功率不同的器件,每部分都是一个计算域,我们逐一设置。首先双击AGP-MOLD计算域,类型选固体域,材料选芯片,下一步保持默认,确定。

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图9  分配计算域

b. 第二个材料是铝;第三个流体域,材料是空气;

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图10  分配计算域

c. 设置边界条件Inlet和Outlet。流体域的进口,空气速度设为2m/s,温度设为293K;出口保持静压出口不变,确定。

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图11  Inlet定义

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图12  Outlet定义

d. 下一个域board是电路板,类型选固体域,材料选电路板;下一个RIDGE_MOLD是芯片;下面外壳是铝,外壳的外壁面,保持默认的绝热设置。

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图13  分配计算域

e. 最后6个域全部是芯片,设置1个后,其余5个可以直接复 制粘贴。

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图14  分配计算域

3.3求解参数设置

a. 交界面是软件自动识别的,不需要处理。

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图15 交界面设置

b. 在热模型处给刚刚设置的8个芯片的域添加发热功率,它们功率不同,都是现成的客观数据,我们逐一输入软件中。右键插入对象,热源,类型选域,热源位置,第一个AGPmold,功率是20w。接着插入,bridgemold功率是5,DDR1到4,功率都是1w,largeflash是2w,smallflash是0.5w。

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图16  热源设置

c. 求解设置保持默认;

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图17  求解参数设置

f. 双击 求解> 求解控制 ,最大迭代步数增加到5000步,同时将松弛因子适当调小;

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图18  求解控制设置

g. 计算开始之前,可以设置个监控值,比如某个发热元件的最高温度。通过监控值是否稳定,来辅助判断计算是否收敛。在报告表处右键,选择体积分报告中的最大温度,选择其中某一个发热体,应用。

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图19  监控设置


4 初始化及求解计算

4.1 求解计算

选择菜单栏 求解> 求解> 直接求解> 并行4核,开始计算。

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图20  运行求解器

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图21  选择求解模式


5 后处理

5.1监控曲线

查看残差曲线

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图22  残差曲线

5.2数据读取

查看所有元件的最高温度和平均温度,判断是否发生了过热的情况。在报告的体积积分处双击,报告类型选择最大,变量选择温度,依次双击选择各个发热元件,应用,就输出了最高温度。同样,将报告类型改为平均,就能查看平均温度。

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图23  流量报告

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图24  流量报告

 

5.可视化结果

仿真通常还会关注温度场分布。点击后处理处的云图,对象选择除机箱外壳之外的其余固体,变量选温度,应用,就可看到温度分布情况。设计人员根据此结果,就可对机箱整体的发热和散热情况进行评估并进行优化设计。

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图25  温度云图


电子芯片湍流电路热设计控制网格处理材料
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首次发布时间:2024-11-12
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