快速部件表面

所有快速部件都由快速部件表面组成。通过定义边界和交界面类型以及设置关联值,可以控制快速部件与其周围环境的互动方式。

快速部件可以与环境接触和/或与其他快速部件接触。通过Electronics Cooling Toolset,可以在单个快速部件表面内为任一情况设置物理条件:

  • 边界类型:控制与开放环境接触的快速部件表面的面的默认条件。
  • 交界面类型:控制与其他快速部件接触的面的默认条件。通过交界面可在快速部件之间传递质量、动量或能量等求解物理量。

Electronics Cooling Toolset提供了多种边界类型,涵盖各种不同的物理情况:

有以下交界面类型可用,具体取决于接触快速部件的状态:

固体||固体 气体||气体 固体||气体 多孔||气体 液体||气体
液体||液体 固体||液体 液体||多孔
多孔||多孔 固体||多孔
接触交界面
内部交界面
挡板交界面
多孔挡板交界面
风扇交界面
注默认情况下,大多数快速部件只有一个快速部件表面。要在快速部件的特定表面上设置不同的边界类型,如流入、流出和空气域的壁面条件,必须分割默认表面。请参见分割快速部件表面。从树中删除之前创建的快速部件表面时,相应的面将传输回默认表面。

以下属性描述了不同边界和交界面类型的特性:

壁面 — 属性

壁面边界表示流不渗透边界。有关更多信息,请参见壁面。

条件
热指定
控制壁面处的热条件。可用的选项包括:
  • 热源:应用指定的热通量值指示的用户自定义总热源。
  • 温度:将边界温度设为指定的静态温度值。
  • 对流:允许在快速部件的外侧与环境之间进行对流传热。

    要考虑环境条件,可以指定环境温度、传热系数和从快速部件表面外侧到环境的热阻的值。

壁面指定(仅限湍流流态)
控制表面的处理。可用的选项包括:
  • 平滑:平坦壁面的常规壁面处理。
  • 粗糙:修改壁面处理以包含指定的粗糙度高度指示的粗糙度。

    可从文献或根据经验获取适用于模型的等效砂粒粗糙度高度值。要通过实验确定:

    • 在实验中测量具体情况下的雷诺数摩擦因子。
    • 将测量值绘制在穆迪图上。
    • 从穆迪图曲线推算出等效砂粒粗糙度高度。
    有关更多信息,请参见粗糙壁面的壁面处理。
值
表面发射率(仅限包含辐射时的快速部件)
对于从内部域到快速部件表面内侧的辐射,指定固体快速部件发射的功率与该快速部件在相同温度下作为黑体发射的功率之比。默认值对应于在设置面板中定义的默认表面发射率。
外部表面发射率(适用于包含辐射时的流体和固体快速部件)
快速部件表面外侧的发射率。默认值对应于在设置面板中定义的默认表面发射率。
有额外的值可用,具体取决于用户指定的条件(见上文)。

速度入口 — 属性

速度入口边界表示用于设置特定速度幅值的流入边界。流向垂直于边界面。有关详细信息,请参见速度入口。

表面发射率(仅限包含辐射时)
与壁面边界相同。
静态温度
指定流入流体的静态温度。
速度幅值
指定流入速度的幅值。流向垂直于边界面。

滞止入口 — 属性

滞止入口边界表示用于设置上游虚室(流体完全静止)的条件的流入边界。有关更多信息,请参见滞止入口。

条件
滞止入口选项
控制入口处的压力条件。可用的选项包括:
  • 无:应用默认条件。
  • 压力跃变:在入口处施加压力跃变。可用的压力跃变选项如下:
    • 无:不应用压力跃变。
    • 风扇:施加从指定的风扇性能曲线获得的压力跃变。风扇性能曲线描述了整个风扇的压力上升(即:在风扇下游测得的静压减去在风扇上游测得的总压力)作为体积流率的函数。可以使用以下风扇曲线类型选项:
      • 多项式:将风扇曲线定义为线性函数。跨边界的压力上升计算如下

        p(v˙)=−pmax⁡v˙max⁡v˙+pmax⁡

        其中,pmax⁡和v˙max⁡分别为指定的最大压力和最大流量。
      • 表:将风扇曲线定义为压力上升与体积流率比较表,如导入的风扇曲线文件 (*.csv) 所示。导入后,选择适当的压力单位和体积流单位。压力上升通过该表中的数据点之间的线性插值计算。如果超出这些间隔,则使用最接近的限值。

      指定的风扇性能曲线必须对应于实际的风扇工作旋转速率和温度。如果数据对应于一些标准旋转速率和温度,则可根据需要使用以下既定风扇定律对风扇性能曲线进行缩放:

      ΔP2=ΔP1×(ω2/ω1)2×(T1/T2)
      ψ2=ψ1(ω2/ω1)

      其中,ω为风扇旋转速率 (rpm),T 为流体温度 (K),ψ为体积流率。

    • 损耗系数:压力损耗计算为0.5Kρ|v|2,其中,K是指定的压力损耗系数值。
值
总压力
指定计算域的上游总压力。
表面发射率(仅限包含辐射时)
与壁面边界相同。
总温
指定上游增压室的总温度。
有额外的值可用,具体取决于用户指定的条件(见上文)。

压力出口 — 属性

压力出口边界表示要求指定整个出口上的工作压力的流出边界。有关更多信息,请参见压力出口。

条件
压力出口选项
控制出口处的压力条件。可用的选项包括:
  • 无:应用默认条件。
  • 压力跃变:在出口处施加压力跃变。可用的压力跃变选项如下:
    • 无:不应用压力跃变。
    • 风扇:与滞止入口边界相同。
    • 损耗系数:与滞止入口边界相同。
值
表面发射率(仅限包含辐射时)
与壁面边界相同。
静态温度
指定回流到域中时的流体温度。
压力
指定工作压力。
有额外的值可用,具体取决于用户指定的条件(见上文)。

接触交界面 — 属性

接触交界面将两个固体快速部件或固体与流体快速部件接合,并且允许在二者之间进行共轭传热。

条件
热指定
控制交界面处的热条件。可用的选项包括:
  • 共轭传热:交界面处的温度由通过交界面传递的热决定。

    或者,可以指定接触热阻,即通过交界面的传导热阻。跨接触交界面的热通量、接触热阻 R 和温度差 ΔT 之间的关系由 q˙′′=ΔTR 给出。此外,可以为交界面提供能量源。指定的热源值用于定义通过交界面的总传热率。

  • 指定温度:两个父表面的交界面处的温度相同,如指定的静态温度值所示。
壁面指定(仅限湍流流态)
与壁面边界相同。
值
表面发射率(仅限包含辐射时)
与壁面边界相同。
有额外的值可用,具体取决于用户指定的条件(见上文)。

内部交界面 — 属性

内部交界面将材料相同的两个快速部件接合在一起,并允许传输流体和/或能量。不设置任何条件或值。

挡板交界面 — 属性

挡板交界面表示流体快速部件之间的一个或多个导热材料薄片。有关详细信息,请参见挡板交界面建模。

条件
壁面指定(仅限湍流流态)
与接触交界面相同。
值
热阻
指定挡板的传导热阻。
要计算挡板的热阻 R,可以使用以下公式:
1R=∑inkiΔxi
其中,ki 和 Δxi 分别为构成挡板的 n 建模层中各层的导热率和厚度。
热源
指定通过挡板传递的热。
表面发射率(仅限包含辐射时)
与壁面边界相同。
有额外的值可用,具体取决于用户指定的条件(见上文)。

多孔挡板交界面 — 属性

多孔挡板交界面表示流体通过并出现压降的两个流体快速部件之间的多孔膜。多孔挡板模型可用于给多孔板、薄滤网和线滤网建模。有关详细信息,请参见多孔挡板交界面 — 建模。

条件
壁面指定(仅限湍流流态)
与接触交界面相同。
值
孔隙率
在 Eqn. (1859) 中指定因子 χ 的值,用于计算热传递,并可选择用于计算粘性剪切。此值范围为 0 到 1。若将多孔挡板视为多孔表面,则 χ 可理解为孔面积与表面面积之比。
多孔惯性阻力
指定 Eqn. (1858) 中系数 P i 的值。
多孔粘性阻力
指定 Eqn. (1858) 中系数 P v 的值。
热阻
与挡板交界面相同。
热源
与挡板交界面相同。
表面发射率(仅限包含辐射时)
与壁面边界相同。
注多孔挡板是一个“集总”模型;对挡板进行建模时,需要确定挡板对流体的总体影响。如果要计算从挡板内的小开口流出的流体,必须对实际几何进行建模并使用精细网格进行求解。

风扇交界面 — 属性

风扇交界面可将两个流体快速部件之间的轴向风扇建模为零厚度交界面,该交界面会给流经的流体施加压力跃变。风扇交界面建模需要指定与正在建模的物理风扇对应的风扇性能曲线。

条件
风扇曲线类型
控制风扇性能曲线的指定。可用的选项包括:
值 可用的值取决于指定的条件(见上文)。
注风扇交界面是一个简单的模型,精度低但速度快。要表示轴向风扇的三维体积,请参见轴向风扇快速部件。