FLUENT风扇冷却模拟

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了如何使用滑动网格法模拟风扇旋转，以及如何研究电子设备中的强制对流换热。首先，在Windows系统下启动Workbench并建立分析项目，然后导入几何体，划分网格，定义模型，设置操作条件，设置边界条件，进行初始条件设置，计算求解，最后进行结果后处理。

本教程演示了如何使用滑动网格法模拟风扇旋转，以及如何研究电子设备中的强制对流换热。

 1     启动Workbench并建立分析项目 

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）选项，即可在项目管理区创建分析项目A。

 2     导入几何体 

（1）在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

（2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件。

 3     划分网格 

（1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

（2）右键模型内部芯片散热片，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称base chip，单击OK按钮确认。

（3）同步骤（2）创建面晶体管、出口和壁面，分别命名为transistor，oulet和wall。

（4）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Sizing。在Geometry中选择计算域中球型区域，Geometry选择风扇所在区域，在Element Size中输入2e-3。

（5）同步骤（4），依次选择Mesh→Insert→Sizing。在Geometry中选择计算域中散热片和晶体管区域，在Element Size中填入2e-3m。

（6）设置网格尺寸为1.5e-02m，在Quality中，Smoothing选择High。

（7）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（8）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

（9）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

（10）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

 4     定义模型 

（1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient。勾选Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。

（3）在模型设定面板Models中双击Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（4）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择SST k-omega(2eqn)，单击OK按钮确认并关闭对话框。

 5     设置操作条件 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。单击Operating Conditions按钮弹出Operating Conditions对话框，在Operating Pressure中填入0，勾选Specified Operating Density，单击OK按钮并关闭对话框。

（2）在Cell Zone Conditions面板中，双击fan_case，弹出计算域设置对话框，勾选Mesh Motion，在Rotation-Axis Origin中输入（0，0.026586，0），在Rotation-Axis Direction中输入（0,1,0），在Speed中输入1000rpm，单击OK按钮并关闭对话框。

 6     设置边界条件 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

（2）在边界条件面板中，分别双击设置base_chip和wall-tube-solid，在Thermal 选项卡中，Thermal Conditions选择Heat Flux，Heat Flux输入2500，Wall Thickness输入0.001，单击OK按钮确认退出。

（3）在边界条件面板中，双击设置wall，在Thermal 选项卡中，Thermal Conditions选择Convection，Heat Transfer Coefficient输入25，Free Steam Temperature输入300，Wall Thickness输入0.001，单击OK按钮确认退出。

 7     初始条件 

（1）单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

 8     计算求解 

（1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。

在Time Step Zize中输入0.0015，Number of Iterations中输入1000，单击Calculate开始计算。

 9     结果后处理 

（1）双击C4栏Results项，进入CFD-Post界面。

（2）单击任务栏中Volume Rendering按钮，弹出Insert Volume Rendering对话框，保持平面名称为“ Volume Rendering 1”，单击OK按钮进入Volume Rendering面板。

（3）在Geometry（几何）选项卡中Variable选择Velocity，Resolution设定为200，Transparency设定为0.6，单击Apply按钮，生成云图。