水冷板热流仿真计算步骤详解

第一步:打开ANSYS Icepak热模型

单独启动ANSYS Icepak,点击Existing选项,从工作目录中找到CAD修复导出的水冷板热模型,点击相应的文件名,点击open,即可在打开模型。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图1

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图2

图1 打开水冷板热模型



第二步:双击Cabinet,打开其编辑窗口,如下图所示,修改yE的尺寸,将顶部Y面扩大10mm(用于避免进出口与Cabinet边界相贴所造成的劣质网格)

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图3

图2 修改计算区域


第三步:创建Hollow block:建立Hollow block,可以将模型中不需要参与热流计算的空间消除

1、点击快捷工具栏中的block ,在视图中心会出现相应的block体。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图4

图3 创建Hollow block



2、使用面匹配功能 ,将block的尺寸调整成与计算区域cabinet同样大小。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图5

图4 对Hollow block进行尺寸匹配



3、设置block属性

双击上一步建立的block模型,出现其属性面板,在Info面板下修改其优先级为0,在Properties面板下选择Block type为Hollow,点击下方的Done。  

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图6

图5  修改Hollow block属性面板



第四步: 其他各模型的属性设置


1、水体模型的参数设置

选择模型树下的水体模型(3个模型),点击编辑按钮,打开多体编辑面板,其属性Properties面板下设置Block Type为Fluid,Fluid material中选择Water,点击下方的Done。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图7

图6  流体Block属性面板设置



2、进出口参数设置

在水体进口的Properties面板下勾选X Velocity,并在其后方输入初速度为1m/s,保持默认的温度为ambient,即使用环境温度作为进口温度;点击下方的Done,确认完成。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图8

图7 开口属性参数设置



在水体出口的Properties面板下取消勾选Temperature以及External radiation temp,点击下方的Done;点击右键选择出口模型,选择Create—Monitor point,创建变量监控点,双击Point下的出口模型,勾选速度及温度,表示监测出口的温度及速度。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图9

图8 变量监控点的设置



3、热源参数设置

选择2个热源模型,点击编辑按钮,在属性面板中对Total Power输入1000W,点击下方的Done。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图10

图9 设置热源属性



第五步:网格参数设置及划分


1、给各个器件设置多级网格级数

右键单击模型树下器件名称,点击Set meshing levels,在出现的对话框中输入级数,点击Done表示完成。某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图11

图10  设置多级网格

使用同类操作对水冷板、水体主体、水体进出段、水体进出口、热源分别设置网格级数为3、3、2、2、2,其余模型采用默认值(0级)。



2、生成网格

点击快捷工具栏中的网格划分按钮 ,打开划分网格窗口,按照如图输入,图中没有显示的部分采取默认值,然后点击Generate生成网格。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图12

图11 划分网格面板



3、网格检查

选择模型树下的不同器件,单击网格划分面板的Display,选择Surface、Solid fill,可检查划分网格是否贴体。从图中可以看到划分的网格完全贴体几何模型,整体模型的网格质量较好;点击Cut plane,可以检查不同切面的网格分布。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图13

图12 网格的贴体检查

通过切面网格可以发现,模型中所有间隙(包含翅片之间)的网格个数都大于3个,满足ANSYS Icepak对流体区域网格的要求。



4、网格质量准则检查

单击网格划分面板的Quantity,依次单击Face alignment,Volume,Skewness,在窗口中将出现相应准则的数值。可以看出,划分的网格均满足相应的质量标准。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图14

图13 网格质量的检查



第六步:求解设置


1、基本参数设置

点击左上角区域Basic parameter,忽略辐射换热,选择流态为Turbulent湍流,其余采取默认值,点击Accept确认。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图15

图14 基本参数输入(一)


2、求解设置

点击Basic settings,设置迭代步数300,其余采取默认值,点击Accept确认。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图16

图15 基本参数输入(二)


3、并行计算设置

点击Parallel settings,点击Parallel,输入并行计算的核数(本案例为4),其余采取默认值,点击Accept确认。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图17

图16 基本参数输入(三)


4、计算

点击计算功能按钮 ,保持默认参数,进行计算。视图区域会出现残差曲线以及监控点温度、速度变化曲线,待计算结果达到残差标准后计算收敛、停止;可以看出,随着残差曲线达到收敛标准,监控点的温度、速度将平稳不变。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图18

图17 残差曲线及温度速度监控点曲线



第七步:后处理显示


1、Object face体处理

单击快捷工具栏的 命令,打开Object face面板,在下拉菜单选择后处理的模型对象,选择下方的Show contours,可以显示所选对象温度云图;选择Show particle traces可以显示失重粒子迹线分布图。单击快捷工具栏的探针 ,可以在温度云图中显示不同区域的具体温度数值。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图19

图18 体后处理显示设置

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图20

图19 后处理结果显示


2、Plane cut切面处理

单击Plane cut ,打开切面的后处理面板,勾选Show contours,可以进行切面温度(也可以选择其他变量)云图显示;选择Show vectors,可显示切面的速度矢量图。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图21

图20 切面后处理的设置


切面的温度云图以及速度矢量图如图所示:

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图22

图21  切面温度云图及速度矢量图显示


3、Summary report定量后处理    

打开Summary report,点击New,在Object下选择inlet,在Value下选择Mass flow;同理,建立出口outlet的定量统计选项;点击Write,可以输出进出口的质量流量;将Summary report中的Value改为Temperature,可以统计进出口的温度。

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图23

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图24

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图25

图22 定量统计表    


根据公式 :

某水冷板热流仿真计算步骤讲解的图26

在热仿真模型中,热源总热耗2000w;那么相对误差(2012-2000)/2000=0.6%,根据进出口的质量统计及误差分析,可以看出,本案例计算质量守恒、能量守恒,热流计算完全收敛。

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