2.3 管內流動
在電子散熱領域的某些流動類似于管內流動,例如空氣通過散熱器的兩個翅片。
2.3.1 管內強迫對流
管內 時,流體由層流狀態過渡為湍流狀態。在雷諾(Reynolds)準則數的定義中,其特征長度 。
2.3.2 管內自然對流
2.4 納維-斯托克斯、伯努力、連續性方程
2.4.1 納維-斯托克斯方程
Flotherm計算流場內的壓力和流速(還采用一些湍流模型)。納維-斯托克斯方程描述了流場內動量的守恒,而連續性方程描述了流場內質量的守恒。如果有讀者對這方面的資料感興趣,可以參閱Flotherm的在線幫助(Background Theory)或者相關書籍。只有物理量耦合系統是非常簡單的物理模型和幾何外形時,才能夠通過手算的方式進行求解。
2.4.2 伯努力方程:
伯努力方程是納維斯托克斯方程在穩態不可壓流體忽略粘性項情況下的簡化。當 =0時,納維斯托克斯方程可以簡化為歐拉方程:
伯努力方程表明,在流動方向上動壓 和靜壓 之和是常數。這個常數的具體值是多少不是我們所關心的。某些時候我們需要通過上式來控制Flotherm的某些結果,例如:通道內流動隨著流動截面變化。
注意:靜壓和動壓的和稱為總壓 , 可以通過在[Model/Auxiliary variables]作為一個附加的變量來進行計算,在Flotherm計算結束之后可以在后處理中觀察。
注意:只要空氣流速(大約 )遠低于音速,那么空氣可以視作不可壓流體。
2.4.3 連續性方程
假定流體以流速 通過一個截面為 的區域,則流體通過這一區域的體積流量為 [m³/s]:
2.5 流體數據
2.5.1 Flotherm 中空氣數據
Flotherm中默認的是1個大氣壓下,30℃時候的濕空氣參數
2.5.2 濕空氣
如果將以上數據與下一章VDI Heat Atlas中的空氣數據比較,我們會發現這些值之間有略微的差異。這是由于Flotherm中空氣的數據來自濕空氣,而VDI Heat Atlas中的空氣值來自干空氣。C..Lasance將濕空氣的影響進行了整理:
來源:C. Lasance: “The thermal conductivity of moist air”, ECM 9(4) 2003
2.5.3 干空氣
來源:VDI Wärmeatlas, VDI-Verlag, Düsseldorf 1988 (5.Ed.)
2.5.4 狀態方程
任何的流體動力學計算都需要流體密度、溫度和壓力之間的關系式。這個關系式稱為狀態方程。
最簡單的假設就是密度為常數,因此它就不隨著壓力和溫度變化。這個假設對于絕熱(也就是沒有熱量交換)流動而言是正確的。
另一個比較簡單的假設是Boussinesq假設,其認為密度是局部空氣 和環境空氣 溫差的線性函數。
2.5.5 水
2.6 用戶定義熱交換系數
僅僅在你知道實際情況的下才這么做,一般不建議使用Surface Exchange Attribute
2.7 湍流
2.7.1 層流
在自然對流和小幾何尺度情況下不使用湍流模型,也就是選擇層流選項。當 或 時浮升力促使的流動狀態為湍流。
2.7.2 標準湍流模型
標準“LEVEL”湍流模型是基于一方程混合長度模型。
更多的相關內容可以參閱Agonafer和Spalding的書籍和Flotherm Technical Paper T352
2.7.3 模型
湍流模型中引入了兩個新的流場變量 和 ,這兩個參數描述了動能能量和耗散率。這兩個參數都是基于計算的速度梯度,因此必須具有良好的網格。可以通過觀察變量Turbulent Viscosity來檢查湍流的程度。在其它的相關書籍中可以找到更詳細的資料。
建議:如果對于高幾何模型標準的湍流模型不能收斂,嘗試使用 模型。
p33-p44
Flotherm資料下載: 使用Flotherm進行電子散熱仿真過程中涉及的物理學原理.pdf
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