熱傳案例分析 熱傳案例分析 - -
2D 2D 散熱片線性穩態熱傳導 散熱片線性穩態熱傳導
Case01:鋼質散熱片(無C1)
T11=300 K k1
T22=350 K
Case02:加入銅線於鋼質散熱片(有C1) C1: k22 = 10k11
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1.圓半徑1.圓半徑 r = 0.001 m r = 0.001 m 中心位置中心位置(0.007, 0.0018)(0.007, 0.0018)• •
2.曲線邊界2.曲線邊界BC之溫度BC之溫度 TT11• •
3.邊界線3.邊界線PT1~PT2之溫度PT1~PT2之溫度 TT22• •
4.其餘邊界絕熱，其中4.其餘邊界絕熱，其中TT11 = 300 K= 300 K，，TT22 = 350 K= 350 K• •
5.元件材質5.元件材質COCO為為steel AISI 4340steel AISI 4340• •
6.C16.C1為為CopperCopperr = 0.001 m r = 0.001 m
中心位置中心位置(0.007, 0.0018)(0.007, 0.0018)
散熱片 散熱片 2D熱傳分析傳分析 2D 熱傳分析傳分析
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使用對流及熱傳導方程式。使用對流及熱傳導方程式。• •
考慮線性穩態熱傳考慮線性穩態熱傳• •
不同計算區域不同計算區域((不同材質不同材質)(subdomain) )(subdomain)Comsol
Comsol 模擬基本步驟 模擬基本步驟
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模擬空間維度選擇。模擬空間維度選擇。• •
模擬模型選擇。模擬模型選擇。• •
模型建立或匯入或軸模型建立或匯入或軸/格點設定。/格點設定。• •
統御區域參數設定。統御區域參數設定。• •
邊界條件設定。邊界條件設定。• •
網格參數設定與產生。網格參數設定與產生。• •
求解器參數設定。求解器參數設定。• •
後處理後處理/繪圖參數。/繪圖參數。模擬模型選擇 模擬模型選擇
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COMSOL COMSOL MultiphysicsMultiphysics>Convection and Conduction>Convection and Conduction• •
選擇選擇>Draw>line或>Draw>line或2次貝茲曲線2次貝茲曲線• •
依序依序((--1,-1,-0.2)0.2)、、((--0.2,0.2,--0.2)0.2)、、(0.2,(0.2,--0.2)、0.2)、(1,-(1,-0.2)0.2)、、 (1,0)(1,0)、、(0.4,0)、(0.4,0)、(0.2,0.2)(0.2,0.2)、、(0,0.4)(0,0.4)、、((--0.2,0.2)、0.2,0.2)、((-- 0.4,0)
0.4,0)、、((--1,0)、1,0)、((--1,1,--0.2)0.2)；；
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建立幾何外型。建立幾何外型。模型建立 模型建立
模型建立 模型建立
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邊界條件設定，邊界邊界條件設定，邊界4，4，TT00=300 K；=300 K；• •
邊界邊界33、、66、、88、、99、、1010、、11，11，TT00=273 K。=273 K。邊界條件設定
邊界條件設定
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邊界邊界33、、66、、88、、99、、1010、、11，11，TT00=273 K。=273 K。• •
按求解，按求解，solversolver ==。。求解 求解
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選擇網格顯示按鈕，幾何外觀會顯示求解時之網選擇網格顯示按鈕，幾何外觀會顯示求解時之網 格狀態；初始網格分割狀態。格狀態；初始網格分割狀態。
網格產生 網格產生
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選擇選擇Solver Parameters，勾選調適網格細化Solver Parameters，勾選調適網格細化((adptiveadptive mesh refinement)mesh refinement)。。
產生修正網格
產生修正網格
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選擇網格顯示按鈕，幾何外觀會顯示求解時之網選擇網格顯示按鈕，幾何外觀會顯示求解時之網 格狀態；細化知網格分割狀態。格狀態；細化知網格分割狀態。
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按求解，按求解，solversolver ==。。再求解 再求解
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選擇選擇Solver Parameters，取消勾選調適網格細化Solver Parameters，取消勾選調適網格細化 ((adptiveadptive mesh refinement)。mesh refinement)。• •
再次按求解，再次按求解，solversolver ==。。• •
在在DrawDraw選擇繪製圓，半徑選擇繪製圓，半徑0.05，位置0.05，位置(0, (0, --0.1)；再0.1)；再 按求解，按求解，solversolver ==，未顯示差異。，未顯示差異。• •
選擇選擇subdomainsubdomain settingssettings，選擇計算求解域，選擇計算求解域22，令，令k= k=5.8。5.8。
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再按求解，再按求解，solversolver ==，顯示差異。，顯示差異。• •
在在postprocessingpostprocessing選選 單中選取單中選取CrossCross--section plot section plot
parameters
parameters，勾選，勾選 multiple parallel multiple parallel
lines
lines，按，按applyapply。。
後處理 後處理 / / 繪圖 繪圖
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在在postprocessingpostprocessing 選單中再次選取 選單中再次選取Cross
Cross--section plot section plot parameters
parameters，在，在 cross
cross--section line section line data輸入data輸入((--1,0)，1,0)， 按按applyapply。。
• •
在在Postprocessing選Postprocessing選 取取plot parameters，plot parameters， 勾選標籤勾選標籤streamline streamline plotplot。。• •
按按OK。OK。• • 在 在 postprocessing postprocessing 選單中再次選取 選單中再次選取
Cross
Cross - - section plot section plot parameters
parameters ，取消 ，取消 勾選 勾選 multiple multiple
parallel lines
parallel lines ，按 ，按 apply
apply 。 。
類似熱傳案例 類似熱傳案例
相同幾何外觀，底部較長
相同幾何外觀，底部較長
散熱片 散熱片 2D熱傳分析傳分析 2D 熱傳分析傳分析
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使用熱傳導方程式。使用熱傳導方程式。• •
考慮線性穩態熱傳考慮線性穩態熱傳• •
不同計算區域不同計算區域(不同材質(不同材質)(subdomain) )(subdomain)• •
模型導覽選擇模型導覽選擇2D2D熱傳導。熱傳導。• •
Geom1的Geom1的外觀。外觀。• •
進入進入Boundary settingsBoundary settings選擇邊界選擇邊界44，輸入，輸入TT00=350 =350 KK。。• •
在在Boundary settingsBoundary settings下選擇邊界下選擇邊界33、、55、、77、、88、、 1010、、、、1212、、1313，輸入，輸入TT00=300 K。=300 K。• •
在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇1，輸入1，輸入k=400 K。k=400 K。• •
按按solver，solver，==求解，按求解，按contour plotcontour plot功能鍵。功能鍵。• •
局部放大，局部放大，contourcontour線條；按全顯示網格狀態。線條；按全顯示網格狀態。• •
選擇選擇Solver Parameters，勾選調適網格細化Solver Parameters，勾選調適網格細化((adptiveadptive mesh refinement)mesh refinement)。。
• • 按求解， 按求解， solver solver = = ，顯示差異。 ，顯示差異。
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按按contour plotcontour plot功能鍵；局部放大，功能鍵；局部放大，contourcontour線條；線條；按全顯示網格狀態。
按全顯示網格狀態。
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重新顯示網格狀態。重新顯示網格狀態。• •
選擇選擇Solver Parameters，取消勾選調適網格細化Solver Parameters，取消勾選調適網格細化 ((adptiveadptive mesh refinement)。mesh refinement)。• •
按求解，按求解，solversolver ==，按，按contour plotcontour plot功能鍵。功能鍵。• •
再進入再進入Boundary settingsBoundary settings選擇邊界選擇邊界44，輸入，輸入TT00 = = 350*(1350*(1--s)s)。。
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按求解，按求解，solversolver ==，顯示結果。，顯示結果。• •
再進入再進入Boundary settingsBoundary settings選擇邊界選擇邊界44，輸入，輸入TT00 = 350 = 350 kk。。• •
按求解，按求解，solversolver ==，顯示結果。，顯示結果。• •
在在Option選單下選擇Option選單下選擇Expressions>Global Expressions>Global ExpressionsExpressions，，輸入輸入kkkk = =
(y>0.2)*400+(y<=0.2)*500 (y>0.2)*400+(y<=0.2)*500。。
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kkkk = (y>0.2)*400+(y<=0.2)*500= (y>0.2)*400+(y<=0.2)*500，表示，表示• •
當當yy介於介於--0.4~0.4之間。0.4~0.4之間。• •
y > 0.2，若為真，則布林值等於y > 0.2，若為真，則布林值等於11，若為假，則布，若為假，則布 林值等於林值等於00。。• •
同理，同理， y <= 0.2y <= 0.2，若為真，則布林值等於，若為真，則布林值等於1，若為1，若為 假，則布林值等於假，則布林值等於0。0。
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故故y > 0.2y > 0.2，若為真則，若為真則kk=400kk=400；； y <= 0.2y <= 0.2，若為真，，若為真，則則kkkk=500=500。。
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在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇1，輸入1，輸入kk，按kk，按OK。OK。• •
按求解，按求解，solversolver ==，顯示結果。，顯示結果。• •
在在postprocessingpostprocessing選單中再次選取選單中再次選取Plot parametersPlot parameters，， 在在SurfaceSurface輸入輸入Expression: Expression: kk，按kk，按applyapply，，OK。OK。• •
比較比較Expression:Expression:• •
在在postprocessingpostprocessing選單中再次選取選單中再次選取Plot parametersPlot parameters，， 在在PredifinedPredifined quantities選擇quantities選擇Temperature，按Temperature，按applyapply，， OKOK。。• •
在在DrawDraw選單下選擇選單下選擇CircleCircle，，創建一個圓。創建一個圓。• •
在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇2，輸入2，輸入k=k=kkkk*10*10，， OK。OK。• •
按求解，按求解，solversolver ==。。• •
調整原的位置。調整原的位置。• •
按求解，按求解，solversolver ==。。• •
在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇2，消除勾選2，消除勾選Active Active this domainthis domain，按，按OK。OK。
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再按求解，再按求解，solversolver ==，其中，其中subdomain2subdomain2區域無資區域無資 訊。訊。• •
在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇2，恢復勾選2，恢復勾選Active Active this domainthis domain，按，按OK。OK。
• • 加入平面應力模型。 加入平面應力模型。
• •
再次進入模型導覽再次進入模型導覽在在Multiphysics選單下選擇Multiphysics選單下選擇 Structure Mechanics Module>Plane StressStructure Mechanics Module>Plane Stress︰︰
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在在Plane StressPlane Stress模式下，模式下，• •
進入進入 BoundaryBoundary settingssettings分別選擇分別選擇11及及99，，• •
設定設定Constraint system為Constraint system為Prescribed displacementPrescribed displacement• •
設定設定Coordinate systemCoordinate system為為Global coordinate Global coordinate systemsystem，，
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勾選勾選Standard notationStandard notation中中RxRx和和RyRy，，• •
按按OK。OK。• •
在在Plane StressPlane Stress模式下，模式下，• •
進入進入 SubdomainSubdomain settingssettings分別選擇分別選擇11及及LoadLoad，，• •
設定設定coordinate systemcoordinate system為為Global coordinate system，Global coordinate system， 勾選勾選Include thermal expansion，Include thermal expansion，• •
於於Temp中輸入Temp中輸入T。T。• •
按求解，按求解，solversolver ==。。• •
進入進入Plot parametersPlot parameters選單選單，，選擇選擇SurfaceSurface標籤，在標籤，在 Predefined quantitiesPredefined quantities下，選擇下，選擇Total displacementTotal displacement，， 按按ApplyApply。。
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在在Plot parametersPlot parameters選單選單，，選擇選擇Deform標籤，在Deform標籤，在 Predefined quantitiesPredefined quantities下，選擇下，選擇DisplacementDisplacement，，按按 OK。OK。
• •
顯示變形。顯示變形。• •
在在Solver下拉Solver下拉選單下選擇選單下選擇Solver Manager；選擇熱Solver Manager；選擇熱 傳導模式傳導模式((反籃色反籃色))，，按按solve。solve。• •
求解為熱傳導但顯示為變形，需變更顯示。求解為熱傳導但顯示為變形，需變更顯示。• •
進入進入Plot parametersPlot parameters在在surfacesurface標籤下變更標籤下變更Predefined Predefined quantitiesquantities為為TemperatureTemperature，按，按OK。OK。
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在在Solver下拉Solver下拉選單下選擇選單下選擇Solver Manager；全選所Solver Manager；全選所 有模式有模式((反籃色反籃色))，，按按solve。solve。• •
在在Solver下拉Solver下拉選單下選擇選單下選擇Solver Manager；做任一Solver Manager；做任一 模型求解切換模型求解切換，，按按solve。solve。((先計算熱傳先計算熱傳))
