做了一次很复杂的工程问题的仿真。讲讲经历,谈谈体会。
前言
问题简述
一个典型的工程热管理模型,由内部热源(固体),导热介质(流体),散热组件(边界) 组成。内部热源产生的热量通过自然对流传递到导热介质,导热介质形成流动,通过翅片将热量散发出去。这种结构的模型涵盖了工程中至少60%-80%的情形,因为:
-
在电力高度发达的如今,电能是最常用的的能源。而有电就会有热源,典型的如焦耳热,(电池等的)化学反应热。
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自然对流永远是工程热管理的第一选择,因为最便宜,不用附加组件。
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翅片/肋片是扩展散热能力的常用选择,因为不用更改内部结构,只需在外部扩展散热结构,同时外部涉及到的主要也是自然对流。
而相应的,要做好这类问题的仿真,对应的要:
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了解热源的发热规律:
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焦耳热
(如PCB),反应热
(如电池)还是(能量转换的)耗散热
(如电磁炮)? -
稳态
热源(如电饭煲)还是瞬态
热源(如激光)? -
体
热源(如电池)还是面
热源(如烤箱)? -
均匀
热源(如微波炉)还是非均匀
热源(如PCB)?
-
-
了解自然对流:
-
了解翅片的结构:
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内部有无
流道
?流道形状特点如何? -
散热片
的结构要求如何? -
散热片的
表面换热系数
如何确定?外加流场
还是设定换热系数
?
-
求解一个这样的热管理
问题,首先对这些方面有所了解,逐个解决。如果你主要接触工程问题
的话,或许你也能从中找到一些同感。
漫话CFD
如何求解一个CFD问题?首先要知道什么是CFD
。我常戏称CFD
为 Color
<font color=#008000>Ful</font> Drawing ,对于很多人来说,CFD就是得到一张张花花绿绿的图,但除此之外呢?
我们常常又称CFD为仿真
,又有何道理呢?
在我看来,CFD的本质
是求解微分方程
。
我们的世界由各式各样的自然规律
所支配,而这些自然规律的数学表述绝大部分都是微分方程
。一个物体,在一定的条件下,会怎么运动/变化?我们将这个物体的特性数据化,将条件数据化,代入微分方程,求出方程的解,再把解实体化为物体–这一过程就好像物体在真实世界里发生了变化一样,这就是仿真
。(其实有点像解析几何
,不知列位看官意下如何。)
这样一说,简单点将,CFD软件其实就是个计算器
,不过算的是微分方程。
一般来说,我们将CFD分为3个部分:前处理,计算,后处理。用计算器来类比,就相当于计算器的输入,计算,输出。一个计算器要得到正确的结果,该怎么办?在我看来,就是要做到:
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输入要正确
-
按计算器的要求输入
-
计算器的计算程序值得信赖
对于绝大部分商业CFD软件
来说,其计算程序都在黑盒里,第三点我们无法确保(当然,既然选择了商业软件,那就相信它,不然就别用),我们能做到的就是前两点。而这两点,其实都在于 前处理
之中。
说到这里,又不得不吐槽,现在CFD商用软件的功能越来越强大,门槛越来越低,但其实会搞CFD的人并没有变多。有人讲CFD奉为神祇,有人对CFD不屑一顾。其实CFD的结果对不对,关键在人。CFD就是个工具。CFD软件的使用简单,单要用好,很难,需要大量的专业知识。OK,吐槽完毕。
总而言之,就是一句话:成功的CFD,关键在于前处理 。
而事实也是如此。以我的经验,前处理,计算,后处理所耗费的人
的时间的比例为7:1:2。
其中种种细节,咱们结合本次仿真的经历,边聊边谈。
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最后编辑时间为:2019-07-17 19:07:46