Flotherm中的接觸熱阻的設(shè)置與驗證
相信大家在使用Flotherm時都會碰到如何設(shè)置固體與固體之間的接觸熱阻的問題，軟件對此也給出了非常方便的設(shè)置。下面給出了設(shè)置的過程與驗證結(jié)果。
首先以軟件自帶的Tutorial 1作為研究對象，然后分別對模型中的Large Plate和Heated Block取Monitor（位于對象的中心）。測量Heated Block的尺寸，Length=40mm，后面將會用到該參數(shù)。
對模型不做任何更改，直接進行計算。下圖是模型的表面溫度云圖，從Table里可以知道Monitor的最終溫度值。
THeated-Block=78.8552, TLarge-Plate=77.9205
接下來，開始設(shè)置接觸熱阻。對Heated Block進行Surface操作，在Surface Finish對話框中新建一個Surface屬性22，然后在Surface Attribute里的Rsur-solid中進行設(shè)置。這里，希望在Heated Block和Large Plate之間的添加一個1°C/W的接觸熱阻，而Rsur-solid的單位是Km^2/W，其實就是(K/W)×(m^2)，即所需熱阻值與接觸面的面積。前面知道，Heated Block是一個邊長為40mm的正方形，面積即為0.0016m^2，所以，這里需要輸入的值就是：
1°C/W×0.0016m^2=0.0016Km^2/W。
Heated Block與Large Plate的接觸面出現(xiàn)在Heated Block的Xo-Low面上，就需要在Surface Finish對話框中的Attachment的下拉菜單中選擇Xo-Low。
設(shè)置完成后，不再對模型做任何操作，直接進行計算。下圖是模型的表面溫度云圖，從Table里可以知道Monitor的最終溫度值。
THeated-Block=85.7831, TLarge-Plate=77.4179
將仿真結(jié)果制作成下表（Heated Block的功耗為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，這里需要澄清一些事實：熱到底是如何被帶走的，接觸熱阻到底會對什么產(chǎn)生影響。Heated Block是熱源，熱的源頭，產(chǎn)生的熱分為兩部分消散在空氣中（不考慮輻射，Radiation Off）：一部分從Heated Block傳遞給Large Plate，被自然對流帶走；另一部分是被Heated Block自身的自然對流帶走。這樣，無論是否存在接觸熱阻，都是相同的熱傳遞給了Large Plate（能量守恒，除非Heated Block表面溫度更高導致的其自然對流帶走的能量的增大）。因此，接觸熱阻不會對Large Plate有什么影響，也就是說兩種情況下Large Plate上的溫度值和分布應該是相同的（77.9205和77.4179）。這樣看來，接觸熱阻只會對Heated Block有影響（在原來溫度上有大約8°C的溫升，由78.8552到85.7831）。
由此看來，在實際的仿真過程中，既可以通過上述的方法來添加接觸熱阻，從而在仿真結(jié)果中直接引入接觸熱阻對熱源溫度的影響，也可以先忽略接觸熱阻，然后再在計算結(jié)束后，根據(jù)經(jīng)驗在熱源的結(jié)果上疊加一個溫升來代替接觸熱阻的
影響。
為了進一步驗證上面的分析，將計算結(jié)果相關(guān)的數(shù)據(jù)拷貝出來制作成下面的表。
表1：沒有接觸熱阻的分析結(jié)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：有接觸熱阻的分析結(jié)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接觸面上的平均溫度值。表1中，ΔT=78.398-78.398=0，表2中，ΔT=85.221-77.904=7.317°C，也就是由接觸熱阻產(chǎn)生的溫差為7.317°C。從能量的角度，表1中，從Heated Block進入到Large Plate中并被其自然對流帶走的能量為7.428W，表2中，從Heated Block進入到Large Plate中并被其自然對流帶走的能量為7.317W，而Heated Block自身自然對流帶走的能量分別為為0.572W和0.683W（前者小于后者，就是因為接觸熱阻導致Heated Block的溫度升高，從而使其自然對流的能力增強）。
根據(jù)熱阻的定義：
R=ΔT/P
Rsur-solid=7.317°C/7.317W=1°C/W
正好是所設(shè)置的值。
標簽： 點擊： 評論:
