Flotherm高級(jí)培訓(xùn):其它使用技巧(Tips and Tricks)
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熱仿真的理論
控制方程
通稱為Navier-Stokes 方程
包括質(zhì)量動(dòng)量能量三個(gè)守恒方程
Navier-Stokes方程：
質(zhì)量守恒方程：動(dòng)量守恒方程：能量守恒方程：
有限體積法Vs有限元法
有限體積法：從描述流體運(yùn)動(dòng)和傳熱的守恒型控制方程著手，通過對(duì)
控制體積作積分計(jì)算進(jìn)行求解。為目前CFD計(jì)算運(yùn)用最普遍的一種方法。
有限體積法
物理意義明確,物理學(xué)家的方法
通過控制每個(gè)網(wǎng)格(有限體積)的物理量守恒來進(jìn)行求解;
方法為守恒型的方法,可保證能量動(dòng)量質(zhì)量的守恒
方法可靠,魯捧性(ROBUST)強(qiáng),適用于涉及流動(dòng)的熱流仿真
占有內(nèi)存少,求解速度快
進(jìn)行熱流求解時(shí)一般全面考慮傳導(dǎo)對(duì)流和輻射
適合于使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格
有限元法
物理意義不明確,數(shù)學(xué)家的方法 通過變分方法建立起聯(lián)系各個(gè)單元(點(diǎn))的方程進(jìn)行數(shù)值解算
方法的離散方式不能保證守恒,并非守恒型方法
在求解高度非線性方程如自然對(duì)流問題時(shí),可能會(huì)有收斂的問題,求解魯棒性(ROBUST)差
不適合作流動(dòng)計(jì)算,進(jìn)行熱流求解時(shí)一般簡化考慮對(duì)流和輻射
占有內(nèi)存多,求解速度慢
適合采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格
有限體積法的SIMPLE算法 計(jì)算流程
求解域的設(shè)定
求解域大小設(shè)定
機(jī)箱壁面向外的對(duì)流換熱必需通過放大求解域來確定
自然對(duì)流密閉系統(tǒng)
強(qiáng)迫冷卻
機(jī)箱壁面向外的對(duì)流換熱可簡單通過設(shè)定一表面換熱系數(shù)來確定如估計(jì)95%以上的功耗為風(fēng)扇的冷卻風(fēng)帶走，可稱之為強(qiáng)迫對(duì)流，否則依自然對(duì)流設(shè)定方法
求解域的設(shè)定-Cutout的使用
Cutouts 可使用于:
–求解域內(nèi)任何區(qū)域,包括與求解域相領(lǐng)區(qū)域
–求解域外,只要有一個(gè)面與求解域相領(lǐng)或者部位在求解域內(nèi)
通過求解域定義的邊界條件,如與Ambient或Global中設(shè)定的邊界條件沖突,則無論如何Cutout的優(yōu)先級(jí)要高
輻射的設(shè)定
什么時(shí)候需要計(jì)算輻射：
自然對(duì)流、密閉系統(tǒng)、外太空等輻射換熱量較大的情況熱輻射光譜 可見光區(qū): = 0.38-0.76 m
熱輻射波段: = 0.1-100 m
(發(fā)射率)吸收率的波段選擇性
物體表面在不同光譜波段具有不同的吸收率
太陽輻射能量集中在紫外7%可見50%紅外43%;
普通輻射主要集中在紅外區(qū)
太陽輻射的吸收率α≠紅外輻射的吸收率ε
輻射計(jì)算基本理論
輻射交換系數(shù)Fi,j：從一個(gè)表面i輻射出來的能量直接投射或經(jīng)其它表面一次反射／多次反射最終為表面j吸收的份額；
角系數(shù)Fi,j：從一個(gè)表面i輻射出來的能量下直接投射到其它表面的份額；
計(jì)算輻射交換系數(shù)的Monte-Carlo法
原理:將某表面通過輻射傳遞出去的能量分為若干隨機(jī)發(fā)射的能量束,最后統(tǒng)計(jì)各個(gè)表面接收這些能量束的數(shù)目.
發(fā)射:隨機(jī)方向發(fā)射;
吸收:根據(jù)吸收率隨機(jī)吸收;
反射:隨機(jī)方向反射
FLOTHERM輻射交換計(jì)算的精度
普通精度的輻射計(jì)算:
輻射交換系數(shù)的計(jì)算精度控制在5%以內(nèi);
高精度的輻射計(jì)算:
輻射交換系數(shù)的計(jì)算精度控制在1%以內(nèi),相對(duì)而言,計(jì)算時(shí)間為普通精度輻射計(jì)算的四倍左右;
輻射交換系數(shù)絕對(duì)滿足歸一性Debug.pts
將附帶Debug.pts文件放入項(xiàng)目文件夾/DataSets/BaseSolution/PDTemp下,重新計(jì)算
輻射交換系數(shù),便可在/DataSets/BaseSolution/Exchange 下觀察到viewf.log
各表面參與輻射計(jì)算的方式
各個(gè)表面都可以控制是否參與輻射計(jì)算
該面不參與輻射計(jì)算
該面視同一點(diǎn)進(jìn)行輻射計(jì)算
該面細(xì)分為多個(gè)小平面進(jìn)行輻射計(jì)算
進(jìn)行輻射仿真的三步驟
1.打開輻射計(jì)算開關(guān)Radiation on；
2.對(duì)各表面添加Radiation屬性；
3.定義各表面黑度Emissivity；
如何在FLOTHERM軟件中定義外太空計(jì)算環(huán)境
1)設(shè)置計(jì)算類型：消除對(duì)流的作用；
2)消除流體的熱傳導(dǎo)作用；
3)進(jìn)行輻射計(jì)算設(shè)置；
將FLOTHERM軟件中的默認(rèn)的流體熱傳導(dǎo)系數(shù)設(shè)為1e-10至1e-15W/mK
菜單->Model->Modeling 右鍵點(diǎn)擊參與輻射物體->Radiation
右鍵點(diǎn)擊參與輻射物體->surface或者編輯Material屬性中surface name項(xiàng)
Flotherm太陽輻射的定義
FLOTHERM跟據(jù)物體的朝向、所處緯度、工作日期與工作時(shí)間進(jìn)行太陽輻射天頂角和周向角的計(jì)算；
太陽輻射的強(qiáng)度可以指定；
分別考慮了太陽輻射的吸收率α與紅外輻射的吸收率ε
透明表面：吸收？反射？透射？
自動(dòng)計(jì)算太陽方位角和輻射強(qiáng)度 打開Solar radiation面板
設(shè)備的朝向
設(shè)備的緯度
工作日期
工作時(shí)辰
云遮擋比例
太陽常數(shù):1353W/m2
Flotherm多網(wǎng)格求解器(Multi-grid solver)
1)多網(wǎng)格求解技術(shù)只加快溫度項(xiàng)的收斂速度;
2)多網(wǎng)格求解器與普通求解器(Segregated Conjugated Residual
Solver)得到的收斂解同樣可靠;
3)極少極少數(shù)情況下,多網(wǎng)格求解器會(huì)造成收斂困難;
4)多網(wǎng)格技術(shù)也可以稱著一種全面的塊修正(Block Correction)技
術(shù),因此在FLOTHERM軟件中,如應(yīng)用多網(wǎng)格求解器,就不會(huì)使用塊
修正技術(shù)
風(fēng)扇的建模-Swirl的建模
軸流風(fēng)扇的Swirl
–為風(fēng)扇工作點(diǎn)的一個(gè)函數(shù)
–在以下情況需要格外考慮:
–風(fēng)扇工作點(diǎn)較高,出風(fēng)壓力較大
–器件排布不規(guī)則,尤其是斜置時(shí)
–關(guān)鍵器件離風(fēng)扇較近時(shí)
Swirl 可能會(huì)很重要 (高風(fēng)壓處)
Swirl 可能不太重要 (低風(fēng)壓處)
風(fēng)扇的建模-Swirl的建模
兩種Swirl形式
–Constant Speed
–不管風(fēng)扇工作點(diǎn),恒定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速
–好好觀察一下風(fēng)扇的廠家數(shù)據(jù),可能會(huì)有提示
–用戶指定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速
–Flow Dependent Speed
–風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為風(fēng)扇工作點(diǎn)的函數(shù)
–通常在很多情況下會(huì)比較準(zhǔn)確
–輸入的轉(zhuǎn)速一般為風(fēng)扇的最大轉(zhuǎn)速(指定電壓下)
風(fēng)扇的并聯(lián)和串聯(lián)
風(fēng)扇的失效分效
不直接考慮風(fēng)扇失效后扇片的阻尼作用
風(fēng)扇的特性
基本的風(fēng)扇定律
風(fēng)扇轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時(shí)空風(fēng)密度發(fā)生改變時(shí)
流量CFM2 = CFM1(RPM2/RPM1) CFM2 = CFM1 (density2/density1)
壓頭P2 =P1 (RPM2/RPM1)2 P2 = P1 (density2/density1)
功耗HP2 = HP1 (RPM2/RPM1)3 HP2 = HP1 (density2/density1)
噪聲N2 = N1 + 50 log10 N2 = N1 + 20 log10
(RPM2/RPM1) (density2/density1)
電壓與功耗的關(guān)系
–Power = V I
–(V1I1)/ (ΔP1G1) = (V2I2)/ (ΔP2G2)
離心風(fēng)扇的建模
在FLOTHERM V6.1中，采用Recirculation
Device進(jìn)行離心風(fēng)扇的建模
在drawing board中建立離心風(fēng)機(jī)
User support區(qū)域的風(fēng)扇建模方法
Flotherm離心風(fēng)機(jī)建模示例
離心風(fēng)扇的效率
效率=:不均勻出風(fēng)消耗能量/均勻出風(fēng)消耗能量
熱管的設(shè)定Heat Pipe
V6.1以下版本:采用一高熱傳導(dǎo)系數(shù)的立方塊(k=20000W/mK)代替
V7.1專門的熱管模型
阻尼與打孔板的設(shè)定
兩種阻尼計(jì)算模型:
–Standard
–Advanced
Standard resistance formula:
–假設(shè)Δ p α v2
–恒定的壓力損失系數(shù)f
Advanced resistance formula:
–假設(shè)Δ p α vn
–壓力損失系數(shù)f 為與Re相關(guān)函數(shù)
–f = a/Re + b/Reα
采用Standard 阻尼公式得到壓力損失系數(shù)f
v為接近速度(Approach Velocity)
采用Advance 阻尼公式得到壓力損失系數(shù)f
請(qǐng)登錄User Support區(qū)
常見的壓力損失系數(shù)
基于接近速度approach velocity 下的壓力損失系數(shù)為: 0 < fd < ~1,000
基于穿越速度device velocity下的壓力損失系數(shù)為is: 0 < fd < ~3
對(duì)于圓孔或絲網(wǎng)等流體流入流出變化較平緩： fd~1.0 (基于穿越速度device velocity).
對(duì)于流體流入流出變化較劇烈的孔板： 1.0<fd<2.0 (基于穿越速度device velocity).
常見的壓力損失系數(shù)
注fd/fa=b2
fd= 基于穿越速度device velocity的壓力損失系數(shù)
fa=基于接近速度approach velocity的壓力損失系數(shù)
b= 開孔比率
Swirl設(shè)置＋平面阻尼的產(chǎn)生問題
在流體流動(dòng)速度方面帶有一點(diǎn)角度時(shí)，盡量使用體積阻尼
風(fēng)扇Swirl的影響 平面阻尼或是體積阻尼
Flotherm并行處理
普通計(jì)算中的并行處理Menu PM Edit/Preference
并行處理需要并行處理的License
優(yōu)化計(jì)算中的采用多個(gè)License進(jìn)行計(jì)算
Menu CC Edit/Solver Configuration
優(yōu)化計(jì)算中的并行處理Menu CC Edit/Solver Configuration
優(yōu)化計(jì)算中的網(wǎng)絡(luò)并行處理Menu CC Edit/Solver Configuration
網(wǎng)絡(luò)并行處理詳細(xì)設(shè)置見HELP
Flotherm資料下載: FLOTHERM軟件高級(jí)培訓(xùn)PPT.pdf
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