参与换热的流体由于部分温度分布不均形成密度差,在重力场和其他力场中产生浮力而引起的对流传热现象,称为自然对流。

  1. 混合自然对流:充满空气的密闭空间外有强迫风冷或强迫液冷。冷却的空气不能进入密闭空间,密闭空间内包含自然对流、传导、辐射三种散热。
  2. 纯自然对流:模型中无风扇等强迫对流。

Icepak自然对流及设置

1)自然对流开启

  展开软件左侧模型树的Problem setup,双击【Basic parameters】面板,打开面板选择Natural convection下面的Gravity vector复选框,即开启自然对流计算,默认设置重力方向为Y轴的负方向-9.80665m/s²。如果模型与重力方向有一定的夹角,则会造成较大的网格数量。所以,可以将模型旋转一定的角度,使模型与软件的坐标轴平行或者垂直,重力方向可能与真实的重力方向不一致,可将真实的重力方向分解,求出其余两个方向的重力数据,然后填入Gravity vector中的X、Y、Z坐标中。此时划分的网格数量会大大的减少。

Icepak自然对流及设置

Icepak自然对流及设置

2)自然对流模型选择

在【Basic parameters】面板中自然对流有两种模型选择:一是Ideal gas law(理想气体方程模型);一是Boussinesq approximation(布辛涅司克近似)。Boussinesq approximation(布辛涅司克近似)中浮力项的密度是温度的线性函数关系,其他所有求解方程中的密度均假设密度为常数。此自然对流模型适用于大部分的电子产品的自然散热计算。Ideal gas law(理想气体方程模型)适用于周围流体密度变化非常大的情况,选择【Operating density】可以设置周围环境的空气密度,从而改进自然对流求解的收敛性。

Icepak自然对流及设置

3)自然对流模型计算区域设置及步骤

  1. 自然对流模型计算区域设置

a.对于处于开放空间的模型,模型树下所有组成的装配体的计算区域需要根据整个模型最大的特征尺寸L(装配体三个方向上的最大尺寸)来分配六个面上的计算区域空间,且计算区域的六个面的属性必须设置为Opening开口属性。装配体的上部空间至少为2L,四周的四个面方向上的计算区域空间至少为0.5L,下部空间至少为L。

Icepak自然对流及设置

b.对于处于立方体密闭空间中的模型,Cabinet的六个面不能设置为Opening开口属性,此时必须设置六个面为Wall属性,作为模型计算区域的边界,然后单击Edit输入温度、换热系数、热流密度等参数,考虑计算区域外部环境和Cabinet内部空气间的换热过程。

Icepak自然对流及设置

c.对于处于异形的、不规则且在密闭空间中的模型,需要使用Hollow block将方形的Cabinet计算区域空间分割成异形的计算空间,将Hollow block切割后的计算区域边界设置为Wall,输入恒定的温度或换热系数,此时不再遵循软件默认的自然对流计算区域限制。

Icepak自然对流及设置

2.自然对流设置步骤

在模型树上方单击展开【Problem setup】——>双击打开【Basic parameters】面板——>选择【General setup】中的Flow和Temperature复选框按钮,设置【Radiation】辐射选项为【on】状态,表示辐射换热打开。并选择【Discrete ordinates radiation model】DO模型,——>在Flow regime下选择【Turbulent】湍流——>【Zero equation】零方程模型。最后设置自然对流Natural convection下的重力方向。

Icepak自然对流及设置

在【Defaults】选项卡下设置自然对流模型的环境温度【Temperature】、对于大气压的环境压力【Gauge Pressure】、辐射换热温度【Radiation temp】。在默认材料下【Default materials】下设置默认流体材料【Default fluid】为空气,默认固体材料【Default solid】为铝型材,默认表面材料【Default surface】为发射率0.8、粗糙度0的氧化表面。

Icepak自然对流及设置

在【Transient setup】瞬态设置选项卡中,可以进行稳态【Steady】/瞬态【Transient】模拟计算,在求解初始化【Solution initialization】中设置重力反方向上的初始化速度。

Icepak自然对流及设置

在高级【Advanced】选项卡中,选择合适的自然对流模型——布辛涅司克近似【Boussinesq approximation】或理想气体模型【Ideal gas law】,默认选用布辛涅司克近似【Boussinesq approximation】。最后修改Cabinet计算区域使其模型定位到相应位置,且Cabinet计算区域的六个面均为Opening开口边界,完成自然对流计算的设置。

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