例7 散热片的热过程分析.doc

例7 散热片的热过程分析
7.1 问题描述
本例题讨论的问题可以作为带对流边界条件的热传导问题的基础。该问题的模型是左侧2×0.5 的矩形，右侧中间是一个0.6667×0.5 矩形散热片。模型的垂直边与散热片的各边存在对流边界条件，其顶边和底边都是绝热的。散热片的截面图如图7-1。

图7-1 散热片的截面图
7.2 生成网格
主菜单如图7-2，先进入几何建模菜单命令，如图7-3：

图7-2 主菜单 图7-3几何建模

MESH GENERATION (网格生成)
SET （设置栅格）
U DOMAIN （输入分布 U，V上的数值）
0 1
GRID（ON） （ 打开栅格）
FILL （填充）
RETURN （返回）
ELEMENTS：ADD （单元的节点选取）
NODE（0.0，-1.0，0.0）
NODE（1.0，-1.0，0.0）
NODE（1.0，1.0，0.0）
NODE（0.0，1.0，0.0）
GRID（OFF） （关闭格栅）
FILL
SUBDIVIDE （细分单元）
DIVISIONS （输入在U，V，Z方向上细划的份数）
8 9 1
ELEMENTS （单元选取）
ALL EXISTING （选取全部单元）
RETURN （细划分结果如下图7-4）

图7-4 网格划分
ELEMENTS REM(去掉图7-5所示的单元)

图7-5 删除多余单元
END LIST （结束选取）
SWEEP （消除重复的或距离过小的几何元素和有限单元元素）
REMOVE UNUSED：NODES （除掉无关的自由节点和几何点）
ALL （消除所有重合的几何点、线，面，单元）
RETURN
RENUMBER （重新编号）
ALL （ 对所有的单元，节点进行编号） （生成网格如图7-6）
MAIN

图7-6 生成的网格
7.3 定义两个对流边界条件
参见图7-7 和图7-8。
BOUNDARY CONDITIONS （边界条件）
THERMAL （热传导条件的定义）
EDGE FILM （平面、轴对称、壳单元对流边界定义） (此时跳出窗口如图7)
FILM
COEFFICIENT（TOP） （定义对流系数）
800/（3600*144）

SINK TEMPERATURE(TOP) （定义环境温度）
2500
OK
EDGES ADD (选择施加边界：垂直面的左边)
(pick edges on left vertical surfaces)
END LIST
NEW （定义新的边界条件）
（此时的NAME由apply1变成apply2，再次输入边界条件）
EDGE FILM
COEFFICIENT(TOP)
600/（3600*144）

图7-7 对流边界条件设定

SINK TEMPERATURE(TOP)
1000
OK
EDGES ADD (选择施加的边界：垂直面的右边)
(pick edges on right vertical surfaces)
END LIST
RETURN
ID BOUNDARYCONDS （此时可以看见如图7-8边界条件）
MAIN

图7-8 边界条件
7.4定义初始条件
参见图7-9。
INITIAL CONDITIONS （定义初始条件）
THERMAL （热传导分析初始条件）
TEMERATRURE （定义分析的初始温度）
TEMERATRURE(TOP)
70
OK
NODE：ADD
ALL EXISTING
MAIN

图7-9 初始条件
7.5定义材料特性
参见图7-10。
MATERIAL PROPERTIES （定义材料特性）
MATERIAL PROPERTIES
HEAT TRANSFER （定义热传导分析材料特性）
CONDUCTIVITY （定义热的传导率）
6e-4
SPECIFIC HEAT （定义比热）
0.146
MASS DENSITY （定义质量密度）
0.283
OK
ELEMENTS:ADD
ALL EXISTING
MAIN

图7-10材料特性定义
7.6定义瞬态和稳态热传导工况
参见图7-11和7-12。
LOADCASES （载荷工况的定义）
HEAT TRANSIFER （热传导分析）
TRANSIENT （瞬态热分析）
TOTAL LOADCASE TIME （定义工况分析历程的总时间）
6
ADAPTIVE TEMPERATURE（定义自动时间步长的与温度有关的参数）

图7-11工况定义
PARAMETERS （此时弹出窗口如图7-12）
MAX#INCREMENTS （最大的增量步）
200
INITIAL TIME STEP （初始时间步1s）
1
OK
OK
NEW （定义新的工况）
STEADY STATE （稳态的热传导分析）
OK
MAIN

图7-12 瞬态热传导定义

7.7 定义工作参数并递交运行
操作菜单命令如下： 可参见图7-13。
JOBS （定义工作参数）
HEAT TRANSFER （选择热传导分析条件）
Lcase1
Lcase2
PLANAR （定义平面分析类型）
ANALYSIS OPTIONS （选择要分析的选项）
LUMP CAPACITY （集中热容）
OK
OK
FILES （文件保存）
SAVE AS
Heat 1
OK
RETURN
RUN （运行）
SUBMIT 1 （提交作业、生成运行所需文件）
MONITOR （监控运行状态）
OK
MAIN

图7-13 定义工作参数
7.8 对得到的结果进行后处理
RESULTS
OPEN DEFAULT （打开默认已存在的后处理文件）
SKIP TO INC （跳到指定的增量步82，并将增量步数读到数据库中）
82
CONTOUR BANDS （显示带状云图） (此时可以看见窗口的温度云图7-14)

图7-14温度云图
NEXT INC （下一增量步结果）
HISTORY PLOT （指定变量历程显示方式）
SET NODE （设定显示变量和时间关系的节点号）
7 66
END LIST

图7-15路径设定

CONLLECT DATA （收集7和66号节点0~83步温度随时间的变化数据，1步收集一次）
0 83 1
NODES/VARIABLE （选择变量）
ADD VARIABLES （增加变量：时间和温度）
Time
Temperature
FIT （拟合曲线） （此时可以看见温度-时间图7-16）

图7-16 温度历程图
RETURN
RETURN
PATH PLOT （显示变量沿指定路径的分布显示方式）
SHOW MODEL （显示模型）
NODE PATH （选择路径的两个端点）
7 66
END LIST
VARIABLES
ADD CURVE （选择变量）
Arc length
Temperature
FIT
RETURN
YMIN （设置Y轴的下限，即温度的下限）
70
REWIND （回到第一步的结果）
MONITOR （显示结果） （可以看见路径上温度随时间的变化，如图7-17为82步的温度显示）

图7-17温度路径图

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