基于Flotherm软件的流道差异性对湍流模型影响的数值模拟分析

本期给大家带来的是基于Flotherm软件的流道差异性对湍流模型影响的数值模拟分析研究内容，希望对大家有帮助。

昨晚办公期间，有位工程师过来咨询关于液冷的问题，比较纠结是用flotherm、icepak还是6sigemaET等软件来仿真验证散热方案设计。

其中提到flotherm对模型处理能力，压降的仿真计算比较差的问题，但是客户又比较信任flotherm的结果。

结合他给的资料，我最终做出来的效果如下，

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事实说明，flotherm虽然采用的是正交网格，可以加快计算时间，会导致模型简化后不能保持原模型ID，但可以通过MCAD解决。

这个解决方案，我在B站也发布过视频，可以通过下方链接了解。

https://www.bilibili.com/video/BV1Xm421g7aA/

下面分享一篇多年前写的小论文。

一、Flotherm软件以及行业介绍

电子技术日新月异的发展在20世纪引发了一场革命，如今的电子产品体积已极大的缩小，而功耗反而有所增加。

但同时，由此产生的设备过热问题逐渐成为了导致电子设备故障的重要原因。因此在设计阶段，如何利用仿真软件对产品散热设计进行最大限度优化成为了电子产品设计的重中之重。

FloTHERM 是一款强大的应用于电子元器件以及系统热设计的三维仿真软件。在任何实体样机建立之前，工程师就可以在设计流程初期快速并简易地创建虚拟模型，运行热分析以及测试设计更改。FloTHERM 采用先进的 CFD （计算流体力学）技术，预测元器件、PCB 板以及整机系统的气流、温度以及传热。

FloTHERM以专业、智能和自动而著称，区别于其他传统分析软件。这些功能协助将热设计专家们的产能最大化，并为客户提供了分析软件行业最高比率的投资回报率。

二、建模

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图1 两相流体（空气和水）仿真分析模型

材料以及相关边界条件如下表1所示：

定好边界条件，环境温度20℃、水流速度0.02m/s、外围空气对流系数8w/㎡*k，热源功耗10W，下面开始在Flotherm 软件中划分网格，一般纵横网格尺寸比不超过20 为宜，这里设置之后比率在18左右，属于比较好的状态。网格较差时，还需要进行网格局域化、单体网格膨胀等措施来优化网格。

三、对比分析

侦测点分别设置五个地方：进水口、出水口、流域中心（近似）、热源中心、散热器中心。

依照不同的流道结构，作了如下四组分析，各个分析情况如下：

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  图2 流道设计一 与仿真出来的温度曲线图

图2是内部流道较简单的时候，截面积10*10mm，内部无额外增加扰动阻力的情况，可以看出元器件的温度大概在25.2℃左右，进出水口的温差大约为1.5℃。

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图3 各个侦测点压力值

图3各个侦测点的压力值，可以看出进出水口的压力损失值为8Pa左右，中间流域侦测的压力大约是4Pa。

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图4 后处理粒子效果图

第二组分析与第三组分析情况这里省略，其结构变化和第四组的差异不大。第四组在内部流域里加了许多插排散热柱，增加流场内部扰动，湍流更加明显，对流换热加快。

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图5流道设计四 与仿真出来的温度曲线图

流域内部增加了45根直径是3mm的圆柱，进行插排分布，间距7.5mm，从温度曲线可以看出，元器件的温度现在为24.8℃，进出口温差1.5℃左右。

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图6 各个侦测点压力值

图6各个侦测点的压力值，可以看出进出水口的压力损失值为27.5Pa左右，中间流域侦测的压力大约是14Pa。

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图7 后处理粒子效果图

从图4和图7的对比也可以看出内部湍流加剧，增强内部对流换热，所以元器件的温度下降了0.4℃左右。

四、结论

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统计结果显示，流域内部增加插排散热柱，可以加剧湍流的对流换热效果，使得元器件的温度降低，但是也有缺陷，进水口的压头损失会变大，对泵的要求增加，同时增加成本。在实际工程设计时，需要兼并考虑，制程能力、成本预算、可靠性以及投入产出比。

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