热设计网

Flotherm中的接触热阻的设置与验证

admin
热设计网

Flotherm中的接触热阻的设置与验证

相信大家在使用Flotherm时都会碰到如何设置固体与固体之间的接触热阻的问题,软件对此也给出了非常方便的设置。下面给出了设置的过程与验证结果。

首先以软件自带的Tutorial 1作为研究对象,然后分别对模型中的Large Plate和Heated Block取Monitor(位于对象的中心)。测量Heated Block的尺寸,Length=40mm,后面将会用到该参数。

Flotherm Project managerFlotherm DB

 

对模型不做任何更改,直接进行计算。下图是模型的表面温度云图,从Table里可以知道Monitor的最终温度值。

 

Flotherm温度云图

THeated-Block=78.8552,    TLarge-Plate=77.9205

 

接下来,开始设置接触热阻。对Heated Block进行Surface操作,在Surface Finish对话框中新建一个Surface属性22,然后在Surface Attribute里的Rsur-solid中进行设置。这里,希望在Heated Block和Large Plate之间的添加一个1°C/W的接触热阻,而Rsur-solid的单位是Km^2/W,其实就是(K/W)×(m^2),即所需热阻值与接触面的面积。前面知道,Heated Block是一个边长为40mm的正方形,面积即为0.0016m^2,所以,这里需要输入的值就是:

1°C/W×0.0016m^2=0.0016Km^2/W。

Heated Block与Large Plate的接触面出现在Heated Block的Xo-Low面上,就需要在Surface Finish对话框中的Attachment的下拉菜单中选择Xo-Low。

 

flotherm表面材料设置

 

flotherm热阻设置

设置完成后,不再对模型做任何操作,直接进行计算。下图是模型的表面温度云图,从Table里可以知道Monitor的最终温度值。

flotherm-Flomotion

THeated-Block=85.7831,  TLarge-Plate=77.4179

 将仿真结果制作成下表(Heated Block的功耗为8W):

 

No.

THeated-Block

TLarge-Plate

ΔT

No resistance

78.8552

77.9205

0.9347

With resistance

85.7831

77.4179

8.3652

 

 

首先,这里需要澄清一些事实:热到底是如何被带走的,接触热阻到底会对什么产生影响。Heated Block是热源,热的源头,产生的热分为两部分消散在空气中(不考虑辐射,Radiation Off):一部分从Heated Block传递给Large Plate,被自然对流带走;另一部分是被Heated Block自身的自然对流带走。这样,无论是否存在接触热阻,都是相同的热传递给了Large Plate(能量守恒,除非Heated Block表面温度更高导致的其自然对流带走的能量的增大)。因此,接触热阻不会对Large Plate有什么影响,也就是说两种情况下Large Plate上的温度值和分布应该是相同的(77.9205和77.4179)。这样看来,接触热阻只会对Heated Block有影响(在原来温度上有大约8°C的温升,由78.8552到85.7831)。

由此看来,在实际的仿真过程中,既可以通过上述的方法来添加接触热阻,从而在仿真结果中直接引入接触热阻对热源温度的影响,也可以先忽略接触热阻,然后再在计算结束后,根据经验在热源的结果上叠加一个温升来代替接触热阻的

影响。

为了进一步验证上面的分析,将计算结果相关的数据拷贝出来制作成下面的表。

表1:没有接触热阻的分析结果

   Face  Mean S-S Surface Temperature (degC) Cond HeatNet (W) Conv HeatOut (W) Conv HeatNet (W)
  Large Plate:1 X-High 78.398 7.4275 3.383 -3.383
  Large Plate:1 X-Low - 0 3.8406 -3.8406
  Large Plate:1 Y-High - 0 0.037489 -0.03749
  Large Plate:1 Y-Low - 0 0.05969 -0.05969
  Large Plate:1 Z-High - 0 0.055292 -0.05529
  Large Plate:1 Z-Low - 0 0.051543 -0.05154
           
  Heated Block X-High - 0 0.50489 -0.50489
  Heated Block X-Low 78.398 -7.4275 0 0
  Heated Block Y-High - 0 0.015044 -0.01504
  Heated Block Y-Low - 0 0.016685 -0.01669
  Heated Block Z-High - 0 0.018943 -0.01894
  Heated Block Z-Low - 0 0.016995 -0.017

 

表2:有接触热阻的分析结果

   Face  Mean S-S Surface Temperature (degC) Cond HeatNet (W) Conv HeatOut (W) Conv HeatNet (W)
  Large Plate:1 X-High 77.904 7.3171 3.3247 -3.3247
  Large Plate:1 X-Low - 0 3.7911 -3.7911
  Large Plate:1 Y-High - 0 0.036957 -0.036957
  Large Plate:1 Y-Low - 0 0.059021 -0.059021
  Large Plate:1 Z-High - 0 0.054656 -0.054656
  Large Plate:1 Z-Low - 0 0.05096 -0.05096
           
  Heated Block X-High - 0 0.59947 -0.59947
  Heated Block X-Low 85.221 -7.3171 0 0
  Heated Block Y-High - 0 0.018457 -0.018457
  Heated Block Y-Low   0 0.020287 -0.020287
  Heated Block Z-High - 0 0.023608 -0.023608
  Heated Block Z-Low - 0 0.021113 -0.021113

 

Mean S-S Surface Temperature表示的是Heated Block和Large Plate接触面上的平均温度值。表1中,ΔT=78.398-78.398=0,表2中,ΔT=85.221-77.904=7.317°C,也就是由接触热阻产生的温差为7.317°C。从能量的角度,表1中,从Heated Block进入到Large Plate中并被其自然对流带走的能量为7.428W,表2中,从Heated Block进入到Large Plate中并被其自然对流带走的能量为7.317W,而Heated Block自身自然对流带走的能量分别为为0.572W和0.683W(前者小于后者,就是因为接触热阻导致Heated Block的温度升高,从而使其自然对流的能力增强)。

根据热阻的定义:

R=ΔT/P

Rsur-solid=7.317°C/7.317W=1°C/W

正好是所设置的值。

标签: 点击: 评论:

留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码: