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Flotherm仿真误区(一)——流体比热可以忽略吗

来源: 原创 / 作者: Jason1028 / 时间: 2017-11-21 22:44
有人说,开车两年多的司机最容易毛糙。因为因为积累了一些驾驶经验,但又没有熟练到车人合一。软件应用,有时和开车相似,有两三年的操作经验后,爱用经验办事,有时还会盲目

 

 

    有人说,开车两年多的司机最容易毛糙。因为因为积累了一些驾驶经验,但又没有熟练到车人合一。软件应用,有时和开车相似,有两三年的操作经验后,爱用经验办事,有时还会盲目地把经验适用范围扩大,导致错误。
   
经常做热仿真分析,不可避免会遇到新材料设置问题,比如某些器件的材料是软件库里没有的,需要自己建立新的材料。经验告诉我们,对于稳态传热问题,可以只设置这些新材料的导热系数,不理会其比热和密度。这种情况下,爱偷懒的我们,经常懒得去查找这些材料的比热和密度。但是,稳态传热条件下,是不是所有物质都可以忽略比热和密度呢?
   
前天,热设计网QQ群(319322744)里有人问:Flotherm中湿度大的空气如何设置?其实对于Flotherm软件来讲,只能区别开流体和固体。至于介质是水是空气还是混合物,只取决于你对其物性参数的设置。通常的做法,是根据空气的含湿量,查取对应的物性参数,输入软件即可。但是有人说,如果是稳态,修改粘度、导热系数和密度就好了。

   这里就有一个误区,认为稳态问题,流体比热不影响对流换热。

   与传到的传热机理不同,对流换热是通过流体微团的迁移来实现换热的,因此,每个微团携带热量的能力直接影响对流换热能力,单相流动,这种携带能力就体现在流体的比热上。因此,在Flotherm中新建一种流体,忽视比热,其默认值为1,导致的后果一方面是对流热阻会大很多,因为,对流换热系数中隐藏了一个比热;另一方面,还会导致冷却流体的温升比较高,计算出来的上下游温差比较大,而且,流体又会反过来影响器件散热。

有人反问Jason,对流换热系数中没有比热啊,导温系数中才有啊,并列出算式:

                                                                                     

这算式没有错,但问题是这个比热 在换热系数中隐藏的太深了,让大家容易忽略它。一般强迫对流的换热系数可以表示为:

                                                                

                                                                 

其中Pr数表示为:

                                                                   

这样带入换热系数的算式,比热就显形了。

电子散热所涉及的流动,大都处于未充分发展段,计算换热系数需要计算Gz,而Gz数中,也是包含了Pr数的。

只是对于空气,Pr数一般在0.7附近徘徊,简单起见,有人把它看成常数罢了,但如果你把空气的比热调成1Pr数将会缩小1000倍左右,有兴趣的朋友可以把比热调整成1,用Flotherm做个稳态传热的对比计算,看看是不是够酸爽。

Flotherm等软件已成为热设计工程师的重要工具,很多人想突击学习两天,快速掌握仿真软件操作。但仅仅学习软件操作还是不够的,要有足够的热学知识,判断你的仿真结果是不是合理的。同样的QQ群(319322744)里,有人问,监控点没有激烈波动,是不是就代表结果是可信的。本文所述的问题,忽略比热,不仅可以做到监控点不激烈波动,残差线都能很好收敛,但结果依然偏差太多。

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