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Flotherm中的接触热阻的设置与验证

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。

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。

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。

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。

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):
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
表2:有接触热阻的分析结果
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。

Result_NO_Resista
nce.xlsx Result_With_Resis tance.xlsx。

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