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使用Flotherm仿真中物理学原理2_对流热交换

flotherm

2.3 管内流动
在电子散热领域的某些流动类似于管内流动,例如空气通过散热器的两个翅片。
2.3.1 管内强迫对流
管内 时,流体由层流状态过渡为湍流状态。在雷诺(Reynolds)准则数的定义中,其特征长度 。
2.3.2 管内自然对流

2.4 纳维-斯托克斯、伯努力、连续性方程
2.4.1 纳维-斯托克斯方程
Flotherm计算流场内的压力和流速(还采用一些湍流模型)。纳维-斯托克斯方程描述了流场内动量的守恒,而连续性方程描述了流场内质量的守恒。如果有读者对这方面的资料感兴趣,可以参阅Flotherm的在线帮助(Background Theory)或者相关书籍。只有物理量耦合系统是非常简单的物理模型和几何外形时,才能够通过手算的方式进行求解。
2.4.2 伯努力方程:
伯努力方程是纳维斯托克斯方程在稳态不可压流体忽略粘性项情况下的简化。当 =0时,纳维斯托克斯方程可以简化为欧拉方程:
伯努力方程表明,在流动方向上动压 和静压 之和是常数。这个常数的具体值是多少不是我们所关心的。某些时候我们需要通过上式来控制Flotherm的某些结果,例如:通道内流动随着流动截面变化。
注意:静压和动压的和称为总压 , 可以通过在[Model/Auxiliary variables]作为一个附加的变量来进行计算,在Flotherm计算结束之后可以在后处理中观察。
注意:只要空气流速(大约 )远低于音速,那么空气可以视作不可压流体。
2.4.3 连续性方程
假定流体以流速 通过一个截面为 的区域,则流体通过这一区域的体积流量为 [m³/s]:

2.5 流体数据
2.5.1 Flotherm 中空气数据
Flotherm中默认的是1个大气压下,30℃时候的湿空气参数
2.5.2 湿空气
如果将以上数据与下一章VDI Heat Atlas中的空气数据比较,我们会发现这些值之间有略微的差异。这是由于Flotherm中空气的数据来自湿空气,而VDI Heat Atlas中的空气值来自干空气。C..Lasance将湿空气的影响进行了整理:
来源:C. Lasance: “The thermal conductivity of moist air”, ECM 9(4) 2003
2.5.3 干空气
来源:VDI Wärmeatlas, VDI-Verlag, Düsseldorf 1988 (5.Ed.)
2.5.4 状态方程
任何的流体动力学计算都需要流体密度、温度和压力之间的关系式。这个关系式称为状态方程。
最简单的假设就是密度为常数,因此它就不随着压力和温度变化。这个假设对于绝热(也就是没有热量交换)流动而言是正确的。
另一个比较简单的假设是Boussinesq假设,其认为密度是局部空气 和环境空气 温差的线性函数。
2.5.5 水

2.6 用户定义热交换系数
仅仅在你知道实际情况的下才这么做,一般不建议使用Surface Exchange Attribute

2.7 湍流
2.7.1 层流
在自然对流和小几何尺度情况下不使用湍流模型,也就是选择层流选项。当 或 时浮升力促使的流动状态为湍流。
2.7.2 标准湍流模型
标准“LEVEL”湍流模型是基于一方程混合长度模型。
更多的相关内容可以参阅Agonafer和Spalding的书籍和Flotherm Technical Paper T352
2.7.3  模型
 湍流模型中引入了两个新的流场变量 和 ,这两个参数描述了动能能量和耗散率。这两个参数都是基于计算的速度梯度,因此必须具有良好的网格。可以通过观察变量Turbulent Viscosity来检查湍流的程度。在其它的相关书籍中可以找到更详细的资料。
建议:如果对于高几何模型标准的湍流模型不能收敛,尝试使用 模型。
p33-p44

Flotherm资料下载: 使用Flotherm进行电子散热仿真过程中涉及的物理学原理.pdf

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