CST 的热仿真 THs 稳态求解器 -- 针式散热片

这期我们介绍热仿真中的热稳态求解器，仿真散热片的温度分布。

1. 建模

直接开多物理工作室，修改单位，使用宏 Contruct->Parts->Pin Heatsink

 选中底面，点击 Extrude，建立一个高度为 0.5 的底座，作为热源。

将散热片金属改为铝，材料库中的铝有热仿真需要的物理属性。 

2. 热仿真设置

添加热源，双击底座，输入 5 瓦功率。

 用 Pick Face Chain 功能选中所有的散热片的面，定义其热表面属性

这里我们放对流热传递系数 20。

 然后定义接触面属性，双击底座，按 Enter，双击散热片，按 Enter，出现对话框，输入热阻 0.1。

在背景中查看材料，确保是空气，有热仿真方面的属性，如需要，可用 Copy Properties from Material 选项将背景定义成空气。

边界方面，我们可用 Open（add space）自动添加一定的背景距离，虽然热仿真并不建议用 open。

可查看网格。

进入 THs 热稳态求解器

环境温度为 293 开尔文，相当于 20 摄氏度左右。开始仿真。

稳态结果我们主要看两个，热流密度和温度分布。

这个案例基本上就是宏 Construct->Demo Examples -> Heat Sink with Thermal Source 所建的模型，细节上略有区别，比如边界尺寸，网格等，结果基本一样。

小结：

1. Ths 和 Tht 不是流体计算，所以对背景空间（空气流体）要求不高。优势是仿真快，缺点是假设量输入较多，比如最主要的是对流热传递系数，用来表示固体和流体之间的热交换效率。案例中的 20 是经验值，每个面都设定 20 是非常粗略的做法。

2. 接触面属性可用于仿真接触热阻或薄层阻热材料，无厚度仿真。THs 稳态忽略热熔（Thermal capacitance）也就是说，热平衡情况下，该薄膜储存的热量对结果无影响。

3. 热仿真一定要检查好材料的热仿真属性：密度，导热系数，比热容，由这些量计算出的热扩散系数（diffusivity）量级要合适，一般在 e-5。

必须定义的量：热源，材料的热仿真属性，环境温度，边界条件。

建议定义的量：散热面的对流热传递系数。

可选定义的量：接触面的热阻和热容。

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