案例 | SmartCFD如何对某强迫风冷热管散热器热流计算

导读：本文以某强迫风冷热管散热器为例，详细讲解了如何使用SmartCFD热仿真计算软件对此模型进行热流计算的详细过程。本文所使用的软件为SmartCFD6.1。

一、SmartCFD软件是什么？

SmartCFD是世界上最著名的散热设计公司—爱美达AAVID专门定制开发的新一代热设计软件，其界面清新，功能操作简单实用。

其特色功能如下：

1、优秀的CAD接口

1）基于对象快速搭建热流仿真模型，比如Fan、各种工艺形状的Heatsink、PCB板、三维流体阻尼模型、LED热模型等等；

2）支持参数化、瞬态/稳态、优化计算

3）支持多核并行计算   

4）支持强迫对流中部分区域流态为层流的工况计算

5）支持TEC热流仿真

6）支持热管、VC均温板Dry-out计算

7）支持焦耳热热流计算

8）提供适合不同工况的三种求解器，包括System solver、CFD solver及居于2者之间的Hybrid solver混合求解器，其中System solver求解计算时间极短；

10）支持多种流体同时热流仿真计算；

11）先进的网格划分技术及网格控制技术，可提供六面体非结构化网格、四面体网格等；

12）自动快捷、丰富的后处理显示

13）快速的优化计算功能

二、本热管散热器案例热流仿真条件如下

在常见CAD软件中，务必将几何模型输出为Stp的格式。

三、热流仿真具体的操作步骤

1）启动SmartCFD；点击模型工具栏中的CAD接口；在调出的面板中选择热管散热器的CAD模型；点击打开。

① 在调出的浏览面板中选择热管散热器模型Heatsink-one side fan.stp，SmartCFD将直接读入CAD模型。

② Smart将读入热管散热器模型，导入后的模型类型都为Block块，如下图所示。

2）在模型树下右键点击Resize to fit model，可以将计算区域进行缩放；Solution Domain将与CAD模型的外框大小一致；

3）在视图区域中点击风扇模型的面，如下图紫色线框，然后点击风扇的建模命令，在调出的面板中选择“Match size of selectec face”，SmartCFD会自动在紫色线框表面建立一个风扇模型。

在模型树下点击风扇模型，在GUI面板右侧将风扇Shape改为Cuboid，对d2输入20mm；并在模型树下右键点击原始的CAD风机模型，选择Deactivate抑制（风机位置由于局部坐标系丢失，可能会有所变化，需要使用面对齐工具将其定位）；在Props属性面板中，选择Volumetric flow体积流量，输入61.46cfm；查看风机箭头的方向，勾选Negative e2，风机将趋势气流反向流动。  

4）点击右侧工具栏中的面对齐命令，依次选择源面与目标面，将风机进行定位，使风机面与散热器边面相贴，如下图所示。

5）为了模拟实际气流的流动区域，需要扩大计算区域Solution domain；在模型树下点击Solution domain，然后右键选择Resize to fit model；在右侧的面板中，修改∆z为80mm；然后Crtl+左键点击出风口需要布置的面，并单击开口模型，软件会自动在紫色线框处布置匹配的开口模型。

6）同理，选择基板底部布置热源的面，使用与第（5）步完全相同的操作，建立面热源模型，并在其Props中输入热耗413w；为了判断求解计算是否完全收敛，在热源的Info面板中，勾线Monitor during solving，那么在计算过程中SmartCFD会自动跳出Source的温度监控点。

7）由于散热器下部空间非气流流动区域，为了减少网格数量，需要建立Void块，将此区域删除。Ctrl+左键点击Solution domain的底面，然后点击建立Block命令，在其属性中，修改Block Type为Void（no mesh）。  

模型树位置向下的器件优先级高于上面器件的优先级（2者如果干涉，会根据优先级进行干涉区域的归属）；选择Void块，使用主菜单栏中的向上移动命令，将Void移动至模型树最上列；另外，base基板与热管模型有干涉，因此使用同样的命令，将基板的优先级向上移动；对基板Base和翅片Fin的模型进行重命名。  

8）SmartCFD默认的固体材料为Al，由于模型中base基板为铜Cu，热管材料导热率20000w/m.k；因此需要修改基板和热管的属性材料，其他保持默认材料。在热管的Props面板中，点击Material右侧的新建材料按钮，在调出的面板中，修改Name为reguan，在Conductivity中输入20000w/m.k；对其他几根热管选择对应的材料。

在Base基板的Props中修改基板的材料为Cu-pure。

9）直接点击划分网格命令，使用默认的网格设置对热模型进行网格处理。SmartCFD默认的网格设置可以保证四面体网格对任何形状的热模型贴体划分。

10）点击模型树上的Environment，在右侧的属性面板中，查看环境温度是否为25C，如果不是，可以在Ambient T中修改环境温度。 

11）点击求解计算命令，对当前的网格进行求解Solve。SmartCFD会提示保存命令，点击Yes，进行求解计算。

在调出的面板中，选择Solve existing mesh，SmartCFD将对当前的网格进行求解计算。

可以在Message窗口中显示求解器正对1788709个网格进行求解计算。

12）后处理显示：翅片、热管及切面的温度分布云图、迹线、速度矢量图如下图所示。 

作者：王奇，仿真秀科普作者

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