水冷板流热耦合

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了一个换热的水冷板（铝）的计算流体动力学（CFD）仿真案例。案例中，通过计算流体流过水冷板的流阻和热源稳态后的温场分布，了解一般流体流阻的计算流程和导热设置步骤。模型采用cutcell网格，求解器设置采用K-omega中的SST，并开启能量方程。入口边界条件采用质量入口边界，出口边界采用压力出口。求解方式采用Coupled，设置监视器，监视压差和热源最高温度，并迭代1000步。最后，通过观察残差曲线和监测数据，判断收敛。

1，问题描述

   一个换热的水冷板（铝），通一定流量的水，水冷板上有一块导热硅胶，导热硅胶上有一块热源，计算流体流过水冷板的流阻，及热源稳态后的温场分布。本案例中可了解一般流体流阻的计算流程，及导热设置步骤。（模型先再spaceclaim处理，由于模型简单，没有过多操作，故不做介绍。记得要将所有模型share。）

2，材料参数

其他属性采用fluent默认材料（水及铝）

3网格划分

由于本次模型较简单采用cutcell网格，再能保证计算强度的前提下，个人认为cutcell网格比六面体更加精确，因为cutcell网格画出来的式正方体。

4，求解器设置

由于模型是避免剪切换热流动，故选取K-omega中的SST，如果对空间流体关注可选

K-epsilon中的realizable。同时换热要开启能量方程。

按照材料属性输入及选取所需材料并分别赋予各实体及流体。

别忘了给热源设置发热量。

入口边界条件，本次采用质量入口边界5L/min（要注意质量流量的流向在全局坐标的那个方向，±表示各坐标轴的两个方向），水力直径根据实际情况计算，出口边界采用压力出口。

圆管水力直径为管直径，非圆管为 4倍截面积/湿周

其余壁面条件设置为绝热，或者可根据实际空气对流换热系数设置。

求解方式采用Coupled（19新版本后稳态默认开启，并点选pseudo，伪瞬态便于收敛）

设置监视器，监视压差，及热源最高温度

采用默认初始化流场。并迭代1000步

5，计算结果

通过观察残差曲线及监测数据，都趋于稳定无变化后，可认为收敛。

可得在水对流换热下，最高温度为17.2℃

可得水冷板内流体流阻为1188pa。由于进出口管径一样，所以采用净出口静压就能反应出流阻，如果管径不一样，就必须通过Report中进出口总压的差来求流阻，这是由于伯努利方程决定。

6，小结

本次算例计算了流体流阻及对流换热。对于流体仿真，网格的质量对求解的收敛影响很大，所以对与网格，在较复杂的算例需要花时间来做，其次边界条件的设置也会造成报错，例如把interior设置成wall等类似问题，这些一般会在导入网格时fluent自动识别，会出错，可仔细检查。对于计算结果如何判断收敛，一般都看设置的监测值是否在合理范围内并结果稳定无变化，残差是否达到设定值，进出口的能量是否守恒。其他方法可之后继续讨论