Fluent｜焦耳热计算

本文演示利用Fluent及Workbench中的电热模块模拟焦耳热，并对两种方式的计算结果进行比较。

对于电流通过导体后的散热问题，ANSYS系列软件提供了很多不同的处理方式，常见的方法包括：

• Electric+Thermal
• Maxwell+Fluent
• Fluent

1 示例几何

考虑下面的几何模型，几何尺寸为2*20*100 mm，材质为铜，通过电流为500 A，四个侧边与外界环境之间的对流换热系数为5 W/(m^2·℃)，环境温度为300 K。

生成全六面体计算网格，如下图所示。

2 Fluent计算

• 修改计算域类型为Solid
• 激活能量方程

• 打开电势模型的设置对话框

• 激活Potential Equation，确保激活选项Include Joule Heating in Energy Equation

• 从材料库中添加copper

• 指定计算域材料为copper

• 入口边界指定电流密度12500000 A/m2，热边界采用默认的绝热

• 指定出口边界电压为0 V，热条件采用默认的绝热边界

• 指定侧边的散热条件，如下图所示

• 取消求解Flow与Turbulence，只求解Energy与Potential

• 修改能量方程的残差为1e-9以下，进行求解计算
• 温度分布如下图所示

3 Electric与Thermal计算

• 模块连接如下图所示

• 进入Engineering Data，添加材料Copper Alloy，修改其材料属性

• 进入B3单元格，如下图所示指定材料

• 指定边界电流值为500 A

• 指定另一侧电压为0 V

• 进行电场模块求解

• 右键选择模型树节点Imported Heat Generation，点击弹出菜单项Import Load导入电场模块计算的结果

• 添加对流边界，如下图所示指定参数

• 进行热模块求解

• 温度分布如下图所示

可以看到，温度结果与Fluent得到的结果一致。

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（完）