ABAQUS联合仿真技术之热-固耦合分析

2016-11-24 by:CAE仿真在线来源:互联网

使用ABAQUS中的有限元技术可以进行共轭传热问题的分析,使用的技术有:

使用ABAQUS/CFD求解层流流场及与外部结构之间的自然对流传热;
使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解结构内部的传热;
使用联合仿真技术来保持接口处的解的保真度。

下面以安装电路板与周围空气之间的瞬态共轭传热分析为例,来对共轭传热分析进行说明。模型装配如下图所示。

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A、ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit中的模型装配

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B、ABAQUS/CFD中的模型装配

安装电路板组件有被动的能量耗散,导致组件内部及其与周围空气之间出现热传递。进而,组件的热源表面及其他部位在周围的空气中引起了热变密度差异,因而激发与外部表面之间的自然对流过程。通过这个对流过程,热也就从热源表面传递到了周围的空气中。理解这个传导-对流的共轭热传递现象,可以更准确地进行电组件的损坏评估及寿命预测。

联合仿真技术将ABAQUS/CFD与ABAQUS/Standard或ABAQUS /Explicit耦合起来,以求解热固耦合问题。ABAQUS/CFD模型中包括组件周围的空气区域,而安装电路板组件则包含在ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit模型中。在联合仿真过程中,不同求解器在安装电路板组件外表面区域进行数据交换。

对于ABAQUS/Standard,设置一个瞬态热传递分析步,而ABAQUS/Explicit模型则设置为动态耦合热-应力分析步,并固定所有平动自由度。ABAQUS/CFD模型中包含不可压缩层流分析与能量方程,以管理温度的分布。

ABAQUS/Standard模型中使用线性六面体网格,类型为DC3D8,ABAQUS/Explicit模型中则使用耦合的线性六面体单元,类型为C3D8RT。ABAQUS/CFD模型中使用线性六面体流体单元,类型为FC3D8。

电组件中产生的热通过热传导分布到组件的表面,组件表面附近的空气受热而变得稀薄,密度较小,并受浮力的作用上升。由于不可压缩性,冷空气从四周混入上升的气流中,因此激发了自然对流气流。上升的热气流与混入的冷空气的速度分布如下图A所示。相同截面的温度分布云图如下图B所示。

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