ABAQUS聯合仿真技術之熱-固耦合分析

2016-11-24 by:CAE仿真在線來源:互聯網

使用ABAQUS中的有限元技術可以進行共軛傳熱問題的分析,使用的技術有:

使用ABAQUS/CFD求解層流流場及與外部結構之間的自然對流傳熱;
使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解結構內部的傳熱;
使用聯合仿真技術來保持接口處的解的保真度。

下面以安裝電路板與周圍空氣之間的瞬態共軛傳熱分析為例,來對共軛傳熱分析進行說明。模型裝配如下圖所示。

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A、ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit中的模型裝配

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B、ABAQUS/CFD中的模型裝配

安裝電路板組件有被動的能量耗散,導致組件內部及其與周圍空氣之間出現熱傳遞。進而,組件的熱源表面及其他部位在周圍的空氣中引起了熱變密度差異,因而激發與外部表面之間的自然對流過程。通過這個對流過程,熱也就從熱源表面傳遞到了周圍的空氣中。理解這個傳導-對流的共軛熱傳遞現象,可以更準確地進行電組件的損壞評估及壽命預測。

聯合仿真技術將ABAQUS/CFD與ABAQUS/Standard或ABAQUS /Explicit耦合起來,以求解熱固耦合問題。ABAQUS/CFD模型中包括組件周圍的空氣區域,而安裝電路板組件則包含在ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit模型中。在聯合仿真過程中,不同求解器在安裝電路板組件外表面區域進行數據交換。

對于ABAQUS/Standard,設置一個瞬態熱傳遞分析步,而ABAQUS/Explicit模型則設置為動態耦合熱-應力分析步,并固定所有平動自由度。ABAQUS/CFD模型中包含不可壓縮層流分析與能量方程,以管理溫度的分布。

ABAQUS/Standard模型中使用線性六面體網格,類型為DC3D8,ABAQUS/Explicit模型中則使用耦合的線性六面體單元,類型為C3D8RT。ABAQUS/CFD模型中使用線性六面體流體單元,類型為FC3D8。

電組件中產生的熱通過熱傳導分布到組件的表面,組件表面附近的空氣受熱而變得稀薄,密度較小,并受浮力的作用上升。由于不可壓縮性,冷空氣從四周混入上升的氣流中,因此激發了自然對流氣流。上升的熱氣流與混入的冷空氣的速度分布如下圖A所示。相同截面的溫度分布云圖如下圖B所示。

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