使用Flotherm散热仿真物理学原理第8章：打孔板处压降

使用Flotherm进行电子散热仿真过程中涉及的物理学原理第8章：打孔板处压降

8 打孔板处压降 90
8.1 自动设置90
8.1.1 Idelchik’s 数据 90
8.1.2 Straighten 流动选项 93
8.2 实验测试94
8.3 数值测试96
8.4 阻尼元件生成99
8.5 固定压降99
8.6 阀门系数和之间的关系99
8.7 使用固定流和风机进行测试100
8.7.1 重叠阻力 100
8.7.2 使用固定流测量孔的阻力损失 101
8.7.3 使用固定流测量2D阻尼的压降 101
8.7.4 使用一个有Hub和Swirl气流风扇测量阻尼的压力损失 101
8.7.5 没有Hub的2D风扇 102

8 打孔板处压降

接近速度

装置速度（打孔板处速度）

一个孔洞的水力直径

基于孔洞的雷诺数

打孔板的开孔比例

压降 [－]

空气密度

动力粘度

压力损失系数

特征长度

系数

来源：Idelchik, I.E. „Handbook of hydraulic resistance“, 2nd Ed., Hemisphere Publishing Corp., New York, and Springer Verlag, Berlin (outside North America), 389-423 (1986)

Idelchik, I.E., Fried, E. „Flow Resistance“, Hemisphere Publishing Corp., New York (1989)

Adam, J. Electronics Cooling Magazine 4 (2), 40 (1998)

8.1 自动设置

8.1.1Idelchik’s 数据

打孔板是理想化的平面阻力，然而其阻力压降系数可以随孔洞的尺寸和间距进行变化。在打孔板中的自动设置是基于以下这些细节。

最大的压力损失往往发生在流体通过孔洞的区域。这个阻力压降通常可以采用风机来克服。

有一些关于打孔板的实验研究，我们可以其中的Idelchik (1986) 和 (1989)。

使用Flotherm散热仿真物理学原理第8章：打孔板处压降

打开板尺寸参数图

以下是Idelchik中的符号，其中压力损失系数定义为：，

打孔板前后的压力差，打孔板前的速度，空气的密度为。是开孔率（，意味着全开）和雷诺数的函数。

在的计算中采用的是，而是基于孔的水力直径、特征长度和孔处的速度。对于圆孔而言其水力直径等于其几何直径。由连续性方程我们可以得到：

从而可以由雷诺数和的关系式：

特征长度为：

最后我们可以得到常用的计算公式：

矩形阵列的孔总的开孔率为：

下图是Idelchik对随不同开孔率和雷诺数变化绘制的图表。实际上，这一图标可以划分为四个区域。的层流区域，的过渡区，和充分湍流状态。

在范围内，压力损失系数是对数雷诺数和开孔率的函数

在范围内，压力损失系数。

上面两个图可以通过以下公式来精确的拟合：

，在自动设置完成。

是否存在最优的孔直径？下图显示了不同流速下开孔率为0.7，压力损失是孔直径的函数。

左图：具有0.7开孔率的打孔板在空气流速0.1、0.5、1、2（从下往上）情况下压力损失随孔直径的变化。右图：孔直径2mm的打孔板在空气流速0.1、0.5、1、2（从下往上）情况下压力损失随开孔率的变化。

注意：不存在孔直径的最大限制，孔应该比较集中布置，尽可能的提高孔径比。在自然对流情况下，大的孔直径相对而言更好。

8.1.2Straighten 流动选项

来源：T. Kordyban: www.flotherm.com -> Technical Papers -> T269 (2000)

平面阻力压降的计算采用的是速度的垂直分量。这就会导致在斜的接近速度时，计算的压降出现偏差。

平面阻力上出现的不利影响

这个不利的影响可以通过使用Straighten Flow来纠正。同时会在平面的垂直方向上产生一个更大的压力损失。（详细内容参见T269）

左图：没有使用Straighten flow选项情况下，斜的流体仍然倾斜。右图：采用了Straighten flow选项。

建议：当Swirl-type风机靠近打孔板时采用Straighten 流动选项。

8.2 实验测试

来源：N. Kronmüller, Th. Stock: “Experimentelle Untersuchungen zum Druckverlust an Lochblechen”, Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2006).

在风道实验中测量不同类型的打孔板（Schroff GmbH提供）的阻力损失系数。

下表对实验数据（红点）和Idelchik（黑点）进行了比较。偏差大约在。

8.3 数值测试

来源：C. Hubmann: “Strömungssimulation zum Druckverlust an Lochblechen“. Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2006)

打孔板可以通过Flotherm中的数值风洞进行研究。

在Flotherm中进行研究的模型

第一种打孔板的流动特征

下表是Flotherm计算值（红点）、实验数据（蓝点）和Idelchik（黑点）的比较。偏差值大约在。

8.4 阻尼元件生成

www.flotherm.com -> Support > 15 March, 2002

可以通过上传有关的实验数据到Flotherm网页可以生成基于先前公式的阻尼元件。得到的*.pdml平面和体积阻尼具有相应的系数和。

8.5 固定压降

有时需要设定平面阻尼为固定压力损失。这可以通过以下方式完成：

阻力公式＝Advanced 损失系数基于＝接近速度

，，原则上是一个任意的数，＝2。与成比例，所以为常数。

注意：不能小于，这可以通过选择一个合适的值来做到。

注意：公式中的粘性和密度都要与空气温度相适合。

8.6 阀门系数和之间的关系

来源：D. Niemeier, private communication

生产厂商经常使用阀门系数来定义阀门的流通能力。其定义如下：

单位为gallone/min，单位为Psi。

阻力系数为：

是压力损失，是流动介质的密度，是流速，上述两个公式可以转化为：

对于稳态流动的水平管子，体积流量与流体通过的截面积有关：

等式两边同时去除，经整理可得：

可以将单位转换为SI单位：

8.7 使用固定流和风机进行测试

8.7.1 重叠阻力

在Flotherm中除了Cutout和Source之外，其它的物体遵循一定的优先级规则（PM中下方的物体优先级高于上方的物体）。对于阻力重合时，也必须遵循这一规则。

注意：以下是采用Flotherm V7进行的测试

一个小的阻尼被一个更大的阻尼覆盖

8.7.2 使用固定流测量孔的阻力损失

采用固定流测量通过孔的压降

8.7.3 使用固定流测量2D阻尼的压降

输入：阻尼具有固定压降，固定流为。

结果：

Resistances

Volume FlowIn (m^3/hr)

NetVolumeFlow (m^3/hr)

Pressure DropFlow (Pa)

2D Resistance 20 Pa

8.7.4 使用一个有Hub和Swirl气流的风机测量阻尼的压力损失

输入：阻尼具有固定的压降，风机为Papst 412H。

结果：（风机松弛因子设为0.7）

按道理应该产生的压降，但现在是。之所以产生的偏差，主要是因为Hub处产生逆流。

8.7.5 没有Hub的2D风扇

对于一个非Swirl且没有Hub的2D风扇而言，其计算结果是。

{{userData.name}}已认证

使用Flotherm散热仿真物理学原理 第10章：散热器

使用Flotherm散热仿真物理学原理 第7章：元件和元件仿真

使用Flotherm散热仿真物理学原理第10章：散热器

使用Flotherm散热仿真物理学原理第7章：元件和元件仿真