熱傳案例分析 熱傳案例分析 - -

80  Download (0)

Full text

(1)

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

(2)

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 = 10k11

(3)

• •

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CopperCopper

r = 0.001 m r = 0.001 m

中心位置中心位置(0.007, 0.0018)(0.007, 0.0018)

(4)

散熱片 散熱片 2D熱傳分析傳分析 2D 熱傳分析傳分析

• •

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)

(5)

Comsol

Comsol 模擬基本步驟 模擬基本步驟

• •

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。

(6)

模擬模型選擇 模擬模型選擇

• •

COMSOL COMSOL MultiphysicsMultiphysics>Convection and Conduction>Convection and Conduction

(7)

• •

選擇選擇>Draw>line或>Draw>line2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);;

• •

建立幾何外型。建立幾何外型。

模型建立 模型建立

(8)

模型建立 模型建立

(9)

• •

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

(10)

• •

邊界邊界33、、66、、88、、99、、1010、、11,11,TT00=273 K。=273 K。

(11)

• •

按求解,按求解,solversolver ==。。

求解 求解

(12)

• •

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

(13)

• •

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

(14)

• •

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。

(15)

• •

按求解,按求解,solversolver ==。。

再求解 再求解

(16)

• •

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)。

(17)

• •

再次按求解,再次按求解,solversolver ==。。

(18)

• •

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。

(19)

• •

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。

(20)

• •

再按求解,再按求解,solversolver ==,顯示差異。,顯示差異。

(21)

• •

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

(22)
(23)

• •

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。。

(24)
(25)

• •

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。

(26)
(27)

• • 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 。 。

(28)
(29)

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

(30)

散熱片 散熱片 2D熱傳分析傳分析 2D 熱傳分析傳分析

• •

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)

(31)

• •

模型導覽選擇模型導覽選擇2D2D熱傳導。熱傳導。

(32)

• •

Geom1的Geom1的外觀。外觀。

(33)

• •

進入進入Boundary settingsBoundary settings選擇邊界選擇邊界44,輸入,輸入TT00=350 =350 KK。。

(34)

• •

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。

(35)

• •

在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇1,輸入1,輸入k=400 K。k=400 K。

(36)

• •

按按solver,solver,==求解,按求解,按contour plotcontour plot功能鍵。功能鍵。

(37)

• •

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。

(38)

• •

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)。。

(39)

• • 按求解, 按求解, solver solver = = ,顯示差異。 ,顯示差異。

(40)

• •

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。

(41)

• •

重新顯示網格狀態。重新顯示網格狀態。

(42)

• •

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)。

(43)

• •

按求解,按求解,solversolver ==,按,按contour plotcontour plot功能鍵。功能鍵。

(44)

• •

再進入再進入Boundary settingsBoundary settings選擇邊界選擇邊界44,輸入,輸入TT00 = = 350*(1

350*(1--s)s)。。

(45)

• •

按求解,按求解,solversolver ==,顯示結果。,顯示結果。

(46)

• •

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。。

(47)

• •

按求解,按求解,solversolver ==,顯示結果。,顯示結果。

(48)

• •

在在Option選單下選擇Option選單下選擇Expressions>Global Expressions>Global Expressions

Expressions,,輸入輸入kkkk = =

(y>0.2)*400+(y<=0.2)*500 (y>0.2)*400+(y<=0.2)*500。。

(49)

• •

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

• •

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。。

(50)

• •

在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇1,輸入1,輸入kk,按kk,按OK。OK。

(51)

• •

按求解,按求解,solversolver ==,顯示結果。,顯示結果。

(52)

• •

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。

(53)

• •

比較比較Expression:Expression:

(54)

• •

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。。

(55)

• •

在在DrawDraw選單下選擇選單下選擇CircleCircle,,創建一個圓。創建一個圓。

(56)

• •

在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇2,輸入2,輸入k=k=kkkk*10*10,, OK。OK。

(57)

• •

按求解,按求解,solversolver ==。。

(58)

• •

調整原的位置。調整原的位置。

(59)

• •

按求解,按求解,solversolver ==。。

(60)

• •

在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇2,消除勾選2,消除勾選Active Active this domain

this domain,按,按OK。OK。

(61)

• •

再按求解,再按求解,solversolver ==,其中,其中subdomain2subdomain2區域無資區域無資 訊。訊。

(62)

• •

在在SubdomainSubdomain settings下選擇settings下選擇2,恢復勾選2,恢復勾選Active Active this domain

this domain,按,按OK。OK。

(63)

• • 加入平面應力模型。 加入平面應力模型。

(64)

• •

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 Stress

Structure Mechanics Module>Plane Stress︰︰

(65)

• •

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 system

system,,

• •

勾選勾選Standard notationStandard notation中中RxRx和和RyRy,,

• •

OK。OK。

(66)
(67)

• •

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。

(68)
(69)

• •

按求解,按求解,solversolver ==。。

(70)

• •

進入進入Plot parametersPlot parameters選單選單,,選擇選擇SurfaceSurface標籤,在標籤,在 Predefined quantities

Predefined quantities下,選擇下,選擇Total displacementTotal displacement,, 按按ApplyApply。。

(71)
(72)

• •

在在Plot parametersPlot parameters選單選單,,選擇選擇Deform標籤,在Deform標籤,在 Predefined quantities

Predefined quantities下,選擇下,選擇DisplacementDisplacement,,按按 OK。OK。

(73)

• •

顯示變形。顯示變形。

(74)

• •

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。

(75)

• •

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。

(76)

• •

進入進入Plot parametersPlot parameters在在surfacesurface標籤下變更標籤下變更Predefined Predefined quantities

quantities為為TemperatureTemperature,按,按OK。OK。

(77)

• •

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。

(78)

• •

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))

(79)

• •

在在Solver ManagerSolver Manager下;再選擇下;再選擇Plane StressPlane Stress,按,按 OK,在功能鍵上按OK,在功能鍵上按 ((重新開始重新開始)),求解應力。,求解應力。

(80)

• •

結果與全選求解同。結果與全選求解同。

Figure

Updating...

References

Related subjects :