傳熱相變仿真分析計算的案例
均熱板相變傳熱仿真分析
摘要：隨著高性能計算（HPC）、云計算、人工智能等行業(yè)迅猛的發(fā)展，計算機芯片的熱流密度持續(xù)升高。為了保證計算機高效、穩(wěn)定的運行，對散熱問題的解決提出了巨大的挑戰(zhàn)，相變散熱是一種非常有優(yōu)勢的散熱方式，近幾年受到人們廣泛關注。文中對相變散熱的核心部件均熱板進行研究，均熱板的微槽道結構對其散熱效果具有很大的影響，通過對矩形、V形、 圓弧形微槽道均熱板的數值模擬仿真分析，研究其內部流體域溫度、壓力、速度的變化情況，發(fā)現V形槽均熱板具有最好的 散熱效果，矩形槽次之，圓弧U形最差；圓弧U形槽均熱板的均溫性最好，矩形和V形槽較差；三種微槽道結構內部流體域流 動速度較緩慢。
關鍵詞：均熱板；相變；數值模擬；微槽道
0 引言
近年來隨著微電子技術的迅猛發(fā)展，電子器件的體積不斷縮小，集成度不斷提高，這使得單位體積內的發(fā)熱量越來越大。因此，為保證電子器件高效、穩(wěn)定地運行，必須利用有效的散熱技術來防止過高的工作溫度。
展開 積鼎CFD VirtualFlow 基于熱限制相變和流固耦合模型的冷板共軛傳熱相變仿真
通用計算流體力學軟件VirtualFlow，具備行業(yè)領先的網格建模與求解技術，和豐富的多相流物理模型及先進的相變模型，可模擬單相和多相/多組分物質流動、傳熱、界面追蹤、粒子追蹤、相變、水合物反應等復雜問題，可為工業(yè)各行業(yè)用戶提供專業(yè)級流體仿真解決方案。
ANSYS workbench瞬態(tài)傳熱相變分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習傳熱相變的三維模型處理
2、學習傳熱相變瞬態(tài)熱分析步的建立
3、學習傳熱相變瞬態(tài)熱分析的載荷施加
4、學習傳熱相變瞬態(tài)熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 傳熱相變瞬態(tài)熱分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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VirtualFlow | 熱管相變換熱仿真，支持不同尺度的氣液兩相相變計算
熱管作為一種高效的傳熱元件，具有結構簡單、傳熱效率高、無運動部件等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、電子散熱、制冷空調、能源等多個領域。其中，環(huán)路熱管作為一種特殊的熱管形式，由于其冷凝段和蒸發(fā)段分開，能夠靈活地應用于各種復雜環(huán)境，如航天器內的熱量傳輸與散熱。
然而，隨著應用場景的日益復雜，熱管的設計與優(yōu)化面臨著諸多挑戰(zhàn)。特別是在面對長距離、多點復雜熱源的散熱需求時，精確測量相變過程中的溫度、速度等參數變得極為困難，傳統(tǒng)的試驗方法不僅周期長、成本高，而且難以獲取全面準確的數據，這嚴重制約了熱管技術的進一步發(fā)展和應用。
積鼎科技CFD解決方案，助力熱管相變換熱仿真
積鼎科技基于自主研發(fā)的VirtualFlow軟件，為熱管領域的相變換熱問題提供了全方位的仿真解決方案。該方案通過對兩相流動的毛細力和沸騰換熱、冷凝換熱的深入研究，完善了相關的求解算法和物性參數庫，形成了熱管相變冷卻的整體解決方案。
（一）強大的算法與計算流程
VirtualFlow軟件具備在含有不凝性氣體的工質中計算蒸發(fā)及冷凝相變的能力，適用于蒸發(fā)器、冷凝器等設備的相變計算。
其多相流模型采用mixture模型，并啟用組分輸運模型，分別求解連續(xù)方程、體積分數方程、動量方程、能量方程和組分擴散方程。
蒸發(fā)和冷凝過程中的相變通過UDF在體積分數方程、能量方程和組分輸運方程中分別添加質量源項、能量源項和相等的質量源項實現。
這種算法能夠精確地模擬吸液芯的毛細現象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現象，為熱管的設計與優(yōu)化提供了堅實的技術支持。
（二）準確、可靠的計算結果
在實際案例中，VirtualFlow軟件展現了優(yōu)秀的計算精度和可靠性。
展開 
多晶硅鑄錠爐定向凝固技術——考慮馬蘭戈尼效應的COMSOL固液相變傳熱仿真（含CAE模型） ￥216
熔融的硅液逐漸發(fā)生相變，從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，等到所有硅料變?yōu)楣腆w后開爐取料。
本模型解決的是多晶鑄錠爐內的多晶硅定向凝固現象，抽象為物理問題就是考慮馬蘭戈尼效應的固液相變問題。
關鍵詞：固液相變、定向凝固、馬蘭戈尼效應、流體流動、相界面、表面對表面的熱輻射
1、模型幾何
從內到外依次為硅液、石英坩堝、石墨臺、加熱器、保溫筒、爐壁。
2、處理方法
固液相變的處理辦法可以大致分為動網格法和偽流體方法。
偽流體的處理方法也可以包含多種，比如固液相變中將固體的粘度取得很大，固體在粘性力作用下產生的運動可以被忽略。比如固液相變中將流體假設為在多孔介質中流動，當孔隙率為1的時候可以近似為全部為沒有孔隙的固體，而孔隙率為0的時候即為流體。
由于定向凝固中全部液態(tài)的硅要轉化為全部固態(tài)的硅，相界面從無到有，再消失。使用動網格雖然可以捕捉清晰的相界面，但是最終無法得到最后的相界面的拓撲變化，因此，本模型采用的是偽流體處理方法。
3、材料參數
除液體硅外，其余材料的材料參數均假設為常數，不隨溫度變化。
圖 硅液材料參數
圖 固體硅材料參數
圖 石英材料參數
圖 石墨材料參數
圖 保溫筒材料參數
圖 爐壁材料參數
4、物理場
模型添加了固體和液體傳熱、層流、表面對表面的輻射、非等溫流動、馬蘭戈尼效應。
5、研究
研究分為加熱和降溫兩個階段。
加熱過程中假設所有物質都是固體，僅考慮固體傳熱，得到10h后的溫度分布。
降溫過程選則的初始條件是5h的鑄錠爐狀態(tài)，因為5h后硅料已經全部融化為液態(tài)，直接降溫可以進行定向凝固。
展開 第18屆全國熱管會議舉辦，積鼎科技分享「環(huán)路熱管相變傳熱仿真」前沿實踐
在該會議上，積鼎科技在熱管仿真方面的成果受到主辦方的關注及認可，并作為受邀嘉賓發(fā)表了關于“基于自主軟件VirtualFlow的環(huán)路熱管兩相流相變傳熱分析”的主題演講，展示了其在熱管傳熱技術領域的研究進展。
積鼎科技的報告是基于其自主研發(fā)的通用流體仿真軟件VirtualFlow，詳細介紹了該軟件在環(huán)路熱管系統(tǒng)內部兩相流動及其相變傳熱過程中的數值模擬分析。從蒸發(fā)器部件仿真、冷凝器部件仿真、整機回路仿真3個方面介紹該成功應用案例。
環(huán)路熱管作為一種高效的熱管理技術，可以通過毛細結構和熱力循環(huán)過程實現高效的熱量傳遞。隨著設備性能的不斷提高和集成度的增加，高頻率、高功耗零部件的應用日益廣泛，導致大量熱量產生，影響設備性能和可靠性。傳統(tǒng)散熱技術難以滿足散熱需求，而環(huán)路熱管因其基于相變散熱原理，具有傳熱能力強、無需外部能量輸入等優(yōu)點，在微電子和航空航天等領域應用廣泛。
本研究采用浸入邊界法（IST）劃分網格，homogeneous mixture模型捕捉氣液兩相界面運動，標準k-ε模型描述湍流，并利用熱限制相變模型、LEE模型及壁面冷凝模型等描述流動相變效應，分析了工質在系統(tǒng)回路中的流動狀態(tài)、相變率及相含率變化。通過仿真模擬乙烷和丙烯工質在蒸發(fā)器和冷凝器中的行為，采用2D軸對稱和3D模型，并基于實驗數據估算系統(tǒng)壓力、物性參數及質量流量，分析了不同加熱功率和孔徑條件下的工質蒸發(fā)和冷凝過程，并評估了液體夾帶現象及其對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
仿真結果顯示，乙烷和丙烯工質在蒸發(fā)器和冷凝器中均能達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，且結果與實驗數據一致。蒸發(fā)器內的液體蒸發(fā)現象與加熱功率和孔徑密切相關；冷凝器內冷凝速率穩(wěn)定，達到穩(wěn)定工作狀態(tài)的時間顯著短于蒸發(fā)器。通過壁溫實驗數據可以顯示，仿真計算的流場溫度與實際測量值吻合，證明仿真模型的合理性和可靠性。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實現微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
設置孔徑
計算的結果如下圖。
【蒸發(fā)器計算】
蒸發(fā)器的液相體積分數
蒸發(fā)器內各統(tǒng)計量隨時間的變化：a)相變速率；b)液體/氣體總體積；c)質量流量
蒸發(fā)器壁溫計算結果與測量結果比較
該算例采用了可壓縮勻相流計算模型，采用3D模型計算丙烯工況。計算冷凝器的結果如下。仿真結果中的溫度為橫截面上的流體均溫，可以比壁溫溫度高在冷凝器下游測量溫度升至230K，仿真中下游流體均溫保持不變。未考慮與外界環(huán)境的換熱。
(a)各測點對應關系 (b)各測點截面內的流體平均溫度
【整機仿真】
環(huán)路熱管的整個系統(tǒng)仿真結果如下，整機仿真結果顯示，隨著熱流密度的增高，冷凝器中的液體體積先減后增。
方案優(yōu)勢
針對環(huán)路熱管的計算，方案的主要特色與優(yōu)勢如下：
軟件具備氣液兩相模型，可模擬微納米尺度如空隙尺度的多孔介質、微納結構等吸液芯的毛細潤濕和蒸發(fā)過程；可以考慮并預測毛細能力及蒸發(fā)換熱性能。
支持在微通道納米尺度中計算兩相相變，可用于表面凝結和核態(tài)沸騰的相變過程計算，以及計算在相變過程中的換熱情況。
支持Lee模型與RPI壁面沸騰模型，可根據此對池沸騰及大空間冷凝相變進行數值模擬。
在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發(fā)相變，觸發(fā)熱虹吸效應，進而研究熱邊界及固體結構對虹吸過程流量、流速的影響。
展開 10月重磅 | Ansys Fluent 傳熱仿真分析現場公開課
熱傳導、熱對流、熱輻射的基本理論
3
Ansys Fluent和Icepak在自然對流、風冷、水冷上的應用
4
網格策略及仿真結果差異的探討
04、課程收獲
● 了解傳熱學傳導、對流、輻射的基本理論；
● 掌握 fluent、icepak 熱分析流程，包括常見的自然對流、風冷、水冷等工況；
● 提升相關研發(fā)人員的熱仿真能力，適應日益嚴峻的熱設計要求；
● 了解仿真與測試的誤差來源，提升仿真精度。
流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業(yè)務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯(lián)系電話：王經理 15900979745
緊湊型熱交換器間斷翅片的湍流增強傳熱的流場FLUENT仿真分析 ￥299
間斷肋片上邊界層的不斷變化導致了高的傳熱系數，并且每個翅片后面的尾跡區(qū)域存在湍流混合。這比連續(xù)翅片熱交換器的傳熱效果更好。熱交換器示意圖如圖1所示。幾何包含在頂部和底部平面的對稱邊界條件。
假設在換熱器中加熱壓力為240k的液氨，翅片壁的溫度恒定為350k。液氨通過換熱器的質量流量為303.14 kg/s-m2，水力直徑為3.51 mm，液氨粘度為0.000152 kg/m-s，基于水力直徑的雷諾數為7000，為弱湍流區(qū)(即，低雷諾數湍流度)。仿真結果如下：
溫度場
壓力場
局部速度矢量圖
基于ANSYS傳熱分析的肝腫瘤治療仿真（文末附源文件獲取方式）
建模過程不在贅述，在ANSYS中因為整個治療過程溫度并未達到穩(wěn)定情況，故此應視為非穩(wěn)態(tài)傳熱，又因為牽扯到電熱兩個物理場，故此，ANSYS中應選用如圖所示模塊。對應的材料賦予即可。對應電壓50V，環(huán)境20攝氏度。（臟器試驗非活物試驗）
圖2： 仿真模塊選擇
圖3：仿真和試驗的數據比較
圖4：肝臟電阻隨射頻治療變化
參照比較數據，可以看出ANSYS計算結果大致相似，但是在溫度較高時有較大出入，至于誤差出現的原因，在相關文獻中也提及到，人體肝臟的導電性并非恒定，隨著溫度的變化，人體臟器的電阻先降低再升高，在溫度大于100度時，人體臟器會發(fā)生碳化作用，會使得臟器的電阻急劇變大。而且，在溫度較高時，液體的汽化也會導致溫度異常的變高，使得計算結果和試驗結果出現較大的出入。
綜上，本文介紹了肝腫瘤射頻治療的仿真計算和實際試驗相比較的結果，并探討了相關的原因，因實際的病灶往往更具特殊性，所以ANSYS模擬時僅僅只能選取平均的肝組織的參數，這也會導致計算結果和實際試驗出現偏差問題，肝臟本身電阻的不穩(wěn)定，隨著溫度變化而變化，也會導致仿真和試驗出現誤差。然而由于缺少相關肝臟實際的溫度-電阻曲線，無法給出更詳細的計算結果。在此希望以后的工作能再建立在本文的基礎上更進一步。
關注微信公眾號:ANSYS有限元仿真（ANSYS-FEM），后臺聯(lián)系小編可索取案例源文件，以及對本文進行咨詢答疑。
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“COMSOL軟件+多物理場耦合仿真”培訓第十期：網格/流動傳熱/光電/力學/電磁場分析/經典案例
各企事業(yè)單位、高等院校及科研院所：
COMSOL是一款大型的高級數值仿真軟件，廣泛應用于各個領域的科學研究以及工程計算，在多物理場耦合分析方面有其獨到的優(yōu)勢，因此被應用于各個相關科研和產品研發(fā)領域，在我國擁有非常廣闊的前景。多物理場耦合仿真分析是近年來應用比較廣泛的有限元仿真分析方法，大大的縮短了產品研發(fā)周期，提高科研效率。為進一步推動高等院校、科研院所及企事業(yè)單位在COMSOL多物理耦合研究工作的開展，中科軟研（北京）科學技術中心（http://www.fzby.org.cn/）特邀一線專家共同舉辦COMSOL通用多物理場耦合仿真核心技術應用與案例實戰(zhàn)在線培訓班。本次培訓課程從幾何創(chuàng)建、交互式網格剖分技術、模型設定、后處理、多物理場模擬等方面進行了介紹，并結合實際案例進行了詳細的講解和具體的操作指導。由中科軟研（北京）科學技術中心主辦、北京富卓佰揚科技有限公司承辦。具體事宜如下：
1 培訓目標
1、能夠利用COMSOL軟件進行具體項目和科研工作的開展；
2、對配套的專業(yè)多物理場仿真理論有較深的理解，并掌握軟件的使用。
3、通過原理解析、大量實例操作強化應用，提升學員解決實際工程問題的能力。
4、建立學員微信群，學完后可以繼續(xù)在群里與主講老師、同學交流問題，鞏固學習內容。
注：參加線上培訓，以后本人可以免費參加相同線上及線下課程，不限次數、學會為止！
2 培訓優(yōu)勢
1、報名繳費后提前獲取電子講義及模型，可提前預習；全程錄制視頻，支持回放；
2、培訓老師理論和工程經驗豐富，我們會結合學員實際需求備課并補充相關內容；
3、培訓結束后，培訓老師留給學員手機和Email，提供技術支持，充分保證培訓后出效果。
3 培訓專家
中國科學院、清華大學、四川大學等科研機構的高級專家。
展開 AMD EPYC 128核心256線程 CPU計算服務器/GPU服務器仿真計算、HPC計算、大數據分析、
適用場景:
CAE/仿真計算： 如Fluent, Abaqus, ANSYS等，能極大縮短求解時間。
大數據與數據分析： 海量內存和多核心能輕松處理TB級數據集。
人工智能與機器學習： 適合模型訓練和推理，尤其適合中等規(guī)模或作為大型集群的一個計算節(jié)點。
科研計算： 在物理、化學、生物、氣象等領域進行復雜的數值模擬。
虛擬化與云計算： 可以創(chuàng)建大量的虛擬機，作為私有云或虛擬桌面的主機。
媒體與娛樂： 用于三維渲染、視頻編碼等任務。
有限元仿真計算算法特點與計算集群分析
有限元計算算法特點與計算集群分析
典型應用：結構仿真計算、電磁仿真、多物理場耦合等
計算化學：量子化學計算、分子動力模擬…
典型軟件：Abaqus，ANSYS Mechanical，HFSS，Feko…
求解過程
（1）在網格自動剖分環(huán)節(jié)，單核計算模式，CPU超高頻率,大幅幅縮短計算時間，加速100%以上
（2）在并行求解環(huán)節(jié)，隱式算法為主計算并行核數有限，通常加速比最大到18核，HF490計算節(jié)點具有多核超高頻，將并行計算求解能力，發(fā)揮到極致
（3）在密集數據迭代、高io延遲等待過程, 該機器支持高性能低延遲,保證每個環(huán)節(jié)均衡高效，延遲等待降到最低
（1）網口數據帶寬，延遲最低到1us微秒
（2）硬盤IO，讀寫帶寬1.5GB/s以上，延遲最低17us微秒
（3）CPU響應速度為C0級
此文只能到這結束了，有興趣進一步了解的朋友私信。
展開 你想知道的CFD仿真分析流程在這里！ 附計算流體動力學分析：CFD軟件原理與應用下載
CFD仿真分析一般流程是什么？
用CLABSO軟件開展仿真工作，大致分幾個步驟？
這是我們經常會被問到的問題。
當然，模擬時間我們需要根據客戶的具體的項目需求和實際工況做評估，至于CFD仿真過程，今天小編就給大家介紹下它的一般流程：
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確定邊界條件及初始條件
初始條件是所研究對象在過程開始時各個求解變量的空間分布情況。
邊界條件是在求解區(qū)域的邊界上所求解的變量或其導數隨地點和時間的變化規(guī)律。對于任何問題，都需要給定邊界條件。
對于初始條件和邊界條件的處理，直接影響計算結果的精度。數值計算的初始條件及邊界條件一般通過實驗獲取。
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劃分計算網格
采用數值方法求解控制方程時，都是想辦法將控制方程在空間區(qū)域上進行離散，得到離散方程組，然后求解離散方程組。要想在空間域上離散控制方程，必須使用網格。
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