在本研究中，我們基于ANSYS Workbench平臺開展了太陽能加熱鋁鍋的熱-結構耦合（熱固耦合）數值模擬分析，旨在揭示鋁鍋在太陽輻射加熱過程中的溫度場演化規律及其對結構應力與變形的影響。太陽能作為一種綠色可再生能源，其加熱過程伴隨著顯著的溫度梯度，尤其在鍋體壁厚不均或存在邊界散熱的情況下，更容易引發熱應力集中和局部形變。為了準確模擬實際工況，模型考慮了太陽輻射強度、對流換熱邊界條件及材料熱物性參數的溫度依賴性，通過熱分析模塊計算溫度分布，再將溫度場傳遞至結構模塊進行應力與變形分析，實現溫度場與結構響應之間的耦合。

分析結果表明，鋁鍋在太陽能加熱過程中鍋底與側壁區域存在明顯的溫差，最大溫度集中在直接受光照區域；而結構響應方面，鍋體邊緣和連接區域產生了較大熱應力，可能成為未來失效的潛在風險點。隨著加熱時間的增長，整體熱變形逐步增加，體現出鋁材料在熱環境下的良好導熱性與一定程度的熱膨脹響應。本研究為太陽能炊具的熱設計與結構優化提供了理論依據和仿真手段，有助于提升其使用壽命和安全性能，也為后續開展多物理場耦合分析奠定基礎。

1 材料參數

（1）結構鋼

其密度、彈性模量、泊松比、比熱容、熱膨脹系數、導熱系數如下圖所示。

（2）鋁合金

其密度、彈性模量、泊松比、比熱容、熱膨脹系數、導熱系數如下圖所示。

2 模型導入及簡化

將電機進行抑制掉，與基體無相連，模型導成step格式導入到workbench中。

3 接觸設定

所有接觸區域采用默認的綁定連接，如下圖所示。

4 溫度場邊界條件與載荷條件的施加

采用熱固耦合仿真計算對其進行分析。

在太陽能板表面施加溫度場，如下圖所示。

施加溫度的數據模擬太陽照射的過程。

對所有物體表面施加與空氣相關的熱對流，如下圖所示。

在鋁鍋表面模擬太陽能傳熱的過程，在鋁鍋地面施加隨時間相關的溫度載荷。

5 計算結果

溫度云圖如下圖所示。

6 結構場邊界條件設置

將熱載荷導入到瞬態結構場中，如下圖所示。

邊界條件采用底面固定支承，如下圖所示。

得到變形云圖如下圖所示，最大變形為0.067975mm，主要分布在太陽能板的上部。

得到的應力云圖如下圖所示，最大應力為42.627Mpa，小于材料的屈服強度極限，在安全裕度范圍內。