熱傳遞是不同溫度下介質之間熱能的交換。 熱量從溫度高的位置傳遞到溫度低的位置，以達到平衡狀態。 熱傳遞的三個主要機制是：傳導、對流和輻射。

 

在STAR-CCM+ 中，可以計算流體（單組分或多組分）內、不同流體束之間、流體和固體之間以及固體內的熱傳遞。 流體和相鄰固體中的耦合熱傳遞被稱為共軛傳熱。 對于共軛傳熱分析，使用流體/固體交界面處的有效隱式熱耦合在整個流體和固體求解域中求解能量方程。 所有其他守恒方程僅在流體內進行求解。

1、 問題描述

 

本案例使用的幾何由 PC 機箱中的簡化顯卡組成。兩個風扇由風扇交界面表示，驅動機箱內的流體。計算域如圖所示：

2、 幾何與網格

（1）本案例的幾何網格采用從外部導入的方法，啟動STAR-CCM+軟件，點擊file→Import→Import surface mesh，選擇準備好的選擇graphicsCard.x_t，然后單擊，接受默認的導入表面選項打開。

（2）共導入26個零部件，在導入的過程中，會在重合的零部件之間自動生成零部件接觸。

（3）本案例的模擬需要兩個區域，一個用于流體域，一個用于實體部件，在Geometry > Parts > Air Case節點，點擊右鍵選擇Assign Parts to Regions在生成的對話框中，選擇Air Case, Air Inlet和 Air Outlet，把空氣域變成一個region。命名為Air ；同樣的方法把剩下的固體部件設置為一個reigon，命名為Solid Components

（4）右鍵點擊Geometry > Operations節點，選擇New > Mesh > Automated Mesh，選擇以下四種網格模型；

（5）由于顯卡上的幾何很薄，需要使用自定義控制修改顯卡上的網格，并且禁用實體域的棱柱層網格；右鍵點擊Geometry > Parts節點，選擇New Shape Part > Block，自定義塊的尺寸控制如下；

    （6）右鍵單擊Operations > Automated Mesh > Custom Control。選擇New > Volumetric Control節點，Volumetric Control加入到Custom Controls節點，Volumetric Control的部件選擇，block，激活自定義控制棱柱層網格厚度選項，將棱柱層總厚度設置為10%；


    （7）右鍵Custom Controls，選擇New > Part Control，在Part Control節點，選擇所有的固體部件；激活薄體網格，自定義薄網格厚度，控制薄體網格厚度最大尺寸為4mm。


     （8）創建自定義控制，以禁用實體域內各部件的棱柱層并自定義表面尺寸右鍵Custom Controls，選擇New > Surface Control.，在Surface Control.節點，選擇所有的固體部件；激活自定義表面尺寸，禁用棱柱層網格，目標表面尺寸的百分比為25%；


    （9）點擊生成體網格；

3、STAR-CCM+設置

（1）右鍵continua→new→physics continuum，右鍵continua下面新出現的physics 1，重命名為solid，選擇相應的湍流模型；

（2）展開Continua > Solid Components > Models > Multi-Part Solid node；右鍵solid節點，選擇Select Mixture Components；在展開的材料庫中隨意選擇四個材料，將其重命名為ABS, Aluminum, Alumina,和Silicon。四種材料的設置如下：

	密度（kg/m3	比熱(J/kg.k)	導熱率(W/m.k)
ABS	1050	2050	2.5
Aluminum	2700	896	167
Alumina	3960	850	30
Silicon	2330	700	124

        （3）PCB板由FR-4 玻璃增強層壓板和銅箔層構造而成。因此，PCB 在同一層中具有相同的導熱率，但在各層之間具有不同的導熱率。將 PCB 材料添加到固體混合物；右鍵點擊Solids節點，選擇Select Mixture Components，展開材料庫固體節點，隨意選擇一個材料，將其重命名為FR-4 + Copper，將FR-4 + Copper的密度，比熱改為下表；


     （4）為空氣域創建物理連續體，創建物理連續體，將其重命名為air，模型選擇如下；

    （5）將air與流體域關聯起來，將固體關聯給實體部件。

    （6）將空氣入口邊界條件設置為Stagnation Inlet，將空氣出口的邊界條件設置為Pressure Outlet.；在Regions > Solid Components > Physics Values > Material Part Groups節點，選擇Aluminum 節點 ，在part中，選擇GPU Chip，Heatsink Block，Plate，Port Block 1，Port Block 2，Port Block 3。同樣的設置把Capacitor 1 到 Capacitor 6的材料設置為Alumina；Memory Chip 1 到Memory Chip 8的材料設置為Silicon；Inlet Fan Casing和outlet Fan Casing的材料設置為ABS，把pcb板的材料設置為FR-4 + Copper；

    （7）設置熱源；在Regions > Solid Components屬性中勾選Allow Per-Part Values，這樣在Solid Components節點下出現Part Subgroupings節點，在Part Subgroupings節點設置三個Subgroup 1，分別命名為Default，GPU Chip和Memory Chips，把Memory Chips的對象設置為Memory Chip1~Memory Chip8，GPU的對象設置為GPU Chip；展開Solid Components > Physics Conditions節點，將Energy Source Option的方式設置為Total Heat Source.，把GPU Chip的熱量設置為25w，把Memory Chips的內能設置為32w。

    （8）定義PCB板的各向異性導熱率；由于PCB由多個層面構成，相同層面內的導熱率相同，但各層面的導熱率會有所差異；展開Regions > Solid Components > Physics Values > Anisotropic Thermal Conductivity >FR-4 + Copper > Anisotropic Thermal Conductivity，在屬性界面把XX Component，YY Component，ZZ Component的值設置為10，0.5，10；

   （9）在file→auto save，自動保存文件數為1，保存步數為200步；

   （10）點擊計算，開始求解；

4、 計算后處理

計算以后的速度矢量和壓力云圖如下;

機箱內的速度矢量
顯卡的溫度分布

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