1、熱傳導(dǎo)概念及傳熱理論

熱傳導(dǎo)是介質(zhì)內(nèi)無宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)的傳熱現(xiàn)象，其在固體、液體和氣體中均可發(fā)生，但嚴(yán)格而言，只有在固體中才是純粹的熱傳導(dǎo)，而流體即使處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中也會(huì)由于溫度梯度所造成的密度差而產(chǎn)生自然對(duì)流，因此，在流體中熱對(duì)流與熱傳導(dǎo)同時(shí)發(fā)生。

物體或系統(tǒng)內(nèi)的溫度差，是熱傳導(dǎo)的必要條件?；蛘哒f，只要介質(zhì)內(nèi)或者介質(zhì)之間存在溫度差，就一定會(huì)發(fā)生傳熱。熱傳導(dǎo)速率決定于物體內(nèi)溫度場的分布情況。

熱傳導(dǎo)實(shí)質(zhì)是由物質(zhì)中大量的分子熱運(yùn)動(dòng)互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程。在固體中，熱傳導(dǎo)的微觀過程是：在溫度高的部分，晶體中結(jié)點(diǎn)上的微粒振動(dòng)動(dòng)能較大。在低溫部分，微粒振動(dòng)動(dòng)能較小。因微粒的振動(dòng)互相作用，所以在晶體內(nèi)部熱能由動(dòng)能大的部分向動(dòng)能小的部分傳導(dǎo)。固體中熱的傳導(dǎo)，就是能量的遷移。

2、熱傳導(dǎo)控制方程—傅立葉定律

固體傳熱方式主要為熱傳導(dǎo)，如果在物體內(nèi)存在溫度梯度，則能量就會(huì)由高溫區(qū)向低溫區(qū)轉(zhuǎn)移。當(dāng)物體兩端存在溫差時(shí)熱量在物體內(nèi)部流動(dòng)形成熱流。單位時(shí)間內(nèi)通過物體單位截面積的熱流量大小正比于該截面的法向溫度梯度值，但熱流方向與法向溫度梯度方向相反。物體內(nèi)的溫度分布只依賴于一個(gè)空間坐標(biāo)，而且溫度分布不隨時(shí)間而變時(shí)，熱量只沿溫度降低的一個(gè)方向傳遞，這稱為一維定態(tài)熱傳導(dǎo)。此時(shí)的熱傳導(dǎo)可用下式描述：

q為是熱流密度，即在與傳輸方向相垂直的單位面積上，在x方向上的傳熱速率;T為溫度;x為熱傳遞方向的坐標(biāo)；k為熱導(dǎo)率。此式表明q正比于溫度梯度dT/dx，但熱流方向與溫度梯度方向相反。此規(guī)律由法國物理學(xué)家傅里葉于1822年首先提出，故稱為傅里葉定律。
3、THESEUS-FE熱傳導(dǎo)計(jì)算
THESEUS-FE使用最為先進(jìn)的有限元技術(shù)進(jìn)行高速穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析。THESEUS-FE對(duì)于大模型采用稀疏矩陣迭代求解進(jìn)行熱傳導(dǎo)計(jì)算，采用預(yù)測-校正-模擬進(jìn)行高速求解。能夠及進(jìn)行瞬態(tài)問題和穩(wěn)態(tài)問題求解，采用固定和自適應(yīng)的時(shí)間步長。THESEUS-FE具有模擬多層復(fù)合材料殼中的三維熱傳導(dǎo)功能，可直接導(dǎo)入NASTRAN模型進(jìn)行計(jì)算，支持包括殼單元，3D實(shí)體單元和1D鏈接單元、耦合單元在內(nèi)的全部單元類型。它還支持多層復(fù)合材料的殼單元，可輸出厚度方向的溫度剖面，并可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料殼中的內(nèi)部空氣和真空層。

在有限元理論基礎(chǔ)上求解熱力學(xué)方程，求解速度快，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。對(duì)穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)問題的求解都能滿足，易于收斂。

THESEUS-FE熱傳導(dǎo)計(jì)算.pdf