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【小王说流体】热流分析and流固热多场耦合get!midas NFX CFD传热分析功能介绍!

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大家好,我是小王,不是隔壁的那个小王,欢迎观看本期的《小王说流体》。本周和各位工程师分享NFX CFD在传热分析中的相关应用及使用方法,例题及热流分析跟随操作案例置于文末
 

1、传热分析中的基本概念  
传热是由温差引起的热能传递的规律,凡是有温差存在的地方,就有热能自发地从高温物体向低温物体传递。在实际工程中,我们一般用在建筑物内部的环境温度控制、暖通工程、机械散热以及控制器半导体的散热等等方面,那么我们主要把这些研究传热的问题分成三类:  
 

 
  • 强化传热:在一定条件下增加所传递的热量。
  • 削弱传热:在一定的温差下使热量的传递减到最小。
  • 温度控制:为使一些设备能安全经济的运行,或得到更优质的产品,要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。
1.1、传热速率
在这些不同传热问题中,我们按不同的热能传递方式将传热分成了三种基本形式,热传导、热对流、热辐射。三种传热的基本形式可以用相应的速率方程进行表示。
  • 热传导:物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导,其过程称为导热。

  • 热对流:流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移,冷热流体互相掺混所导致的热量传递。热对流仅能发生在流体中,热对流必然伴随有热传导。(区分概念:对流传热,工程上将流体流过一个物体表面时,流体与物体表面间的热量传递过程,称为对流传热。)
     
  • 热辐射:物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射,物体会因为各种原因发出辐射能,其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。(区分概念:辐射传热,自然界中各个物体都不停地向外部空间发出热辐射,同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射,这种辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递过程,称为辐射传热。)

1.2、传热过程及传热热阻
复合传热是指包含导热、对流传热或辐射传热中两种或两种以上的综合传热效果。

值得一提的是,在数值计算中,经常会提到共轭传热,这里的共轭传热和前面提到的复合传热的概念上有区别。

共轭传热是指数值计算中流体求解器对流体传热和固体传热进行耦合计算的一种方式,即流体求解器在对流体导热、对流传热和辐射传热计算的同时会考虑固体导热和辐射传热。

2、NFX CFD中传热分析的通用分析设置——材料热属性&传热边界条件
在NFX CFD传热分析中第一步首先要考虑仿真过程中所涉及的固体材料以及流体介质的相关热属性,比如比热、热传导系数、浮动率、热源、辐射吸收系数等材料热属性参数。

其次需要考虑不同传热分析工况中所涉及到的传热边界条件设置,比如在通用传热菜单中,对模型的温度、热通量以及热源、其次专门针对半导体材料的热阻模型边界条件。

最后软件专门设置了考虑计算域与外部环境之间的对流换热边界条件设置以及辐射换热边界条件。在设置对流换热边界条件设置以及辐射换热边界条件时,可以计算在对外部环境不进行实体建模的基础上,计算域与外部环境之间的对流传热与辐射传热特性,从而节约计算资源与建模时间。

3、NFX CFD中传热分析的一般求解策略

4、NFX CFD案例分析——控制PCB板散热分析

4.1、案例概况及资料准备

图4.1 某型号电控结构模型

分析描述:

模型是一个电子设备模型,其结构形式如图4.1所示。其分析目的由主要两部分:

  • 确认设备工作过程中的内部流动特性
  • 检查设备工作过程中的温度分布,进行温度控制:

A、半导体与基板之间的导热情况

B、出口风扇对设备的散热情况

C、设备的外壳表温

在分析过程中,需要首先明确的是整个模拟过程中涉及到了空气的流体流动、固体部件之间的导热、设备内部由流体强制对流引起的对流换热过程、以及设备结构外壳与环境之间的自然对流换热。

其次,要注意本次传热分析过程需要注意的材料传热特性定义、以及NFX专门为电子材料散热提供的两个特殊模块。

4.2、跟随操作


4.3、后处理结果

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来源:midas机械部落
半导体通用建筑暖通电子NFX材料控制
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首次发布时间:2022-11-25
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