共轭传热 — CAE术语解说

普通的热传导分析要么解流体，要么解固体，然后在边界给定传热系数h，但实际上h会随流动状态变化。共轭传热（Conjugate Heat Transfer）是同时求解流体的Navier-Stokes方程和固体的热传导方程，在流固界面自动满足温度和热流连续性的手法。电子器件冷却、燃气轮机叶片冷却、汽车发动机缸体——都是无法假设h的问题，这种方法是必须的。

CFD工具是主角。Fluent、STAR-CCM+、OpenFOAM都具有CHT分析功能，在流体域和固体域使用不同的网格定义，在界面处进行数据映射并进行耦合。有强耦合（用一体化网格求解）和弱耦合（流体和固体分别求解，在界面交换数据）两种方式。强耦合收敛快但实现复杂，弱耦合可直接使用现有求解器，也适合用FMI进行耦合。

功率半导体（IGBT和SiC-MOSFET）散热设计是很好的例子。芯片发热，热量流经散热片→热界面材料→散热器→冷却翅片→空气。CHT同时求解翅片形状和空气流动，确认结温Tj不超过最大定值。通过改变翅片间距、高度、形状并进行参数化优化，可找到最高散热性能的形状。数据中心服务器机架冷却也采用相同方法。

燃气轮机高压涡轮（HPT）叶片承受1600℃以上的燃烧气温，但叶片材料耐热温度仅1100℃左右，所以内部设有冷却空气迷宫结构。用CHT分析这种冷却结构的效果是最前沿技术，与LES（大涡模拟）结合可提高精度。分析旋转叶片需要采用旋转坐标系CFD框架（Moving Reference Frame法），计算规模可达数千万单元。