图4 散热翅片的两种处理方式(求解结果)
通过测试算例可知,采用直接实体建模的工况与Shell壳导热工况存在巨大的数据结果差别。翅片无厚度简化过工况的散热效果,要远远强于实体建模的情况(差别在4-5K左右)。
二、薄壁导流板
薄壁导流板简称挡板,其主要作用是场导向,终极目标是将散热区域的流体流动最高效的应用起来,以达到调整流动方向、降低涡流(回流)和压降、增强高温区域流动的目的。
图5 仿真中的格栅与挡板
挡板的本质仍旧是三维实体,并且和散热翅片类似,厚度远小于其他两个方向的尺度。因此,如果对该类薄壁几何划分三维网格将会极大的增加网格数量,在工程实践中难度较大、效率较低。与散热翅片不同的是,大部分的挡板本身并不用于导热,也不与发热体直接接触,因此建议做无厚度几何处理。
处理后的几何从三维实体变成了二维的 Baffle 面, Fluent 求解器是可以支持这种无厚度壁面类型的。Baffle 面通常用一种内部边界 Wall 来表示,这类边界虽然两侧都在同一个流体区域之中,但仍旧存在 Wall 和 Wall-Shadow,对于 ANSYS 18.0之后的版本,用户可以轻易的从 GUI 中判断对应的位置关系。因此,当挡板由层状的多种复合材料组成时,也可以有效的通过各自的法线方向,准确的使用Shell多层壳导热功能。
图6 当同时显示 Wall 和 Wall-Shadow 时
可以通过颜色准确判断其位置关系
三、风扇
在包含风扇的散热问题仿真中,通常可以根据不同的需求进行多种选择。如果按照详细的计算方式进行仿真,Fluent 也可以提供多种方法:常用的有稳态的 MRF (多参考坐标系)方法、瞬态的 SMM (滑移网格)方法和瞬态的 Overset (嵌套网格)方法,通过详细的建模和仿真描述,既可以精确的计算各种风扇形状带来的影响,也可以准确的考虑风扇的不同转速与散热效率之间的关系。
图7 考虑完整几何的风扇模型