熱接觸
關注創建者：王振東 創建時間：2019-12-10
熱接觸的視頻教程
OptiStruct熱力分析及其優化實操&答疑專場
OptiStruct熱力分析及其優化【已結束】 直播時間：2019-04-18 19:30 適用人群：熱分析工程師及所有對熱力學感興趣的工程人員、相關專業在校學生 課程大綱： 熱傳導基礎理論； OptiStruct熱分析基礎； OptiStruct穩態熱傳導、熱力耦合分析； OptiStruct瞬態熱傳導、熱力耦合分析； OptiStruct熱接觸分析； OptiStruct熱優化
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熱接觸的實例教程
3.熱節圓法分析
在不考慮放置冒口的情況下，鑄件最大熱節圓直徑為294mm，方案1將冒口放置在鑄件的熱節處，放置冒口后，鑄件的實際熱節圓直徑增大到422mm，造成鑄件熱節大于冒口直徑；方案2將冒口放置于鑄件的非熱節處，冒口偏離鑄件最大熱節，沒有造成鑄件熱節增大，有文獻稱方案1形成的熱節為“接觸熱節”，鑄件的凝固方式為“幾何順序凝固”，方案2鑄件的凝固方式為“動態順序凝固”。
通過熱節分析，方案1鑄件熱節大于冒口直徑，不可能形成從鑄件到冒口的順序凝固，方案2冒口直徑大于鑄件熱節，可形成鑄件與冒口的順序凝固。
4．模數法分析
方案1鑄件模數MC1=6.52cm，冒口模數MR1=7.12cm，冒口擴大系數?1＝MR1：MC1＝1.09；方案2鑄件模數MC2=6.25cm，MR2=7.12cm，?2＝MR2：MC2＝1.14。根據模數法設計冒口原則，冒口擴大系數取值為1.1～1.2，顯然方案1冒口擴大系數偏小，不利于形成順序凝固；方案2冒口擴大系數在取值范圍內，可以形成順序凝固。
通過幾種方式分析，證明方案1會有縮孔出現。在生產過程中，對于這種較大的冒口，澆注時一般不一次完成澆注，在鋼液上升到冒口的一定高度后，再對鑄件進行補澆冒口，鑄件澆注完成后，采用搗冒口的方式，不斷破壞冒口結晶過程形成的晶核，使晶核脫落后不斷進入鑄件內，這種方式對冒口補縮效率提高是明顯的，但同時也損失了冒口的熱量，有可能造成冒口與鑄件后期凝固部分形成同時凝固，或造成冒口與鑄件接觸部位早于鑄件厚大部位凝固，使鑄件形成二次縮孔，因此生產致密度高的鑄件時最好不進行搗冒口操作。
結語
通過生產實踐及幾種方式的工藝分析，在偏離熱節處放置冒口，可以避免形成接觸熱節，能夠有效減少鑄件的縮孔、縮松缺陷，顯著提高鋼液利用率。
展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（三）-接觸熱阻
CAE白堤
接觸熱阻
任意兩物體接觸在一起，在其接觸面處存在一定的空氣間隙，由此產生的熱阻為接觸熱阻。如圖所示，接觸面間的凹凸不平，使得有效傳熱面積降低。而且，由于間隙狹小，空氣不能形成有效流動，熱量透過這些間隙只能通過熱傳導的形式。空氣導熱系數是鋁的萬分之一左右，因此，剛性面接觸不嚴所致的接觸熱阻是熱量導出的關鍵控制。當有大的熱流通過這些接觸面時，會在接觸面的兩側形成較大的溫度梯度。
接觸熱阻的影響因素
l 接觸表面的數量、形狀、大小及分布規律
l 接觸表面的幾何形狀（波紋度和粗糙度）
l 非接觸間隙的平均厚度
l 間隙中介質種類（真空、液體、氣體）
l 接觸表面的硬度
l 接觸表面壓力大小
l 接觸表面的氧化程度和清潔度
l 接觸材料的導熱系數
改善接觸熱阻措施
電子設備中元器件與散熱器之間、元器件與外殼之間、PCB與散熱器之間等等，雖然通過以上的8個方面一定程度上能改善接觸熱阻。但目前比較通用的方法是采用導熱界面材料來填充，將氣體擠出接觸面，從而降低接觸熱阻值。
熱阻簡化
對某仿真問題，如果已經指定了要進行固體導熱計算，則可以再固體與固體或固體與流體接觸面設置接觸熱阻，可通過輸入接觸熱阻或者輸入接觸層厚度及接觸層的材料屬性來設定。
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
展開 ANSYS接觸摩擦熱分析
例子來源于ANSYS幫助文檔。
分析兩接觸面的摩擦熱，模型如圖1所示。上面的摩擦面一直滑動，與下接觸面摩擦產生熱。分析時采用直接耦合的方法，采用plane13單元，屬于2D耦合場單元，接觸面的目標面采用TARGET169，接觸面采用CONTA171。分析時采用瞬態分析步完成。
圖1
材料、幾何尺寸與載荷約束如圖2所示。
圖2
建模時創建兩個blocks，上面的稱為sliding block，sliding block的下表明為CONTACT AREA，下面的為fixed block，fixed block的上表面為TARGET AREA。
第一個載荷步，sliding block在10MPa的壓力作用下沿著fixed block的上表面滑動3.75mm的距離。滑動過程中產生熱源，并且被兩個block吸收。
定義block單元
ET,1,PLANE13,4 !后面的4表示KOP1系數為4，代表自由度為UX, UY, TEMP
其他過程為定義材料屬性和建模以及定義接觸屬性。
展開 模型是一個簡單的屋頂結構，由鋁外層、隔熱層和木板組成，木材表面的內部溫度保持恒定293.15K (20℃) ，外部環境溫度也恒定273.15 K (0℃)：
用五個相同的頂板截面，在鋁外層表面分別定義5種不同的熱對流，熱輻射邊界條件進行對比；
進行瞬態熱計算。
完整展示：LS-DYNA熱輻射和對流分析案例??
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案例23：LS-DYNA熱接觸與熱流密度分析案例
模型說明：演示利用LS-DYNA求解包含熱接觸和熱流密度邊界條件的分析方法。通過施加熱流密度的邊界條件對熱板進行加熱，該熱板頂部的滑塊可以通過接觸來交換熱量：
滑塊1與熱板直接接觸，通過熱傳導交換熱量；
滑塊2非常接近熱源（1mm），并通過簡化的熱對流和輻射公式交換熱量；
滑塊3位于接觸范圍之外(3mm)，不交換熱量。
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展開 220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析，輸入主動輪、從動輪各類參數，考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數，輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通，可直接運 ￥54.9
220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析，輸入主動輪、從動輪各類參數，考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數，輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通，可直接運行。
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</p><p><br></p><p>使用模型默認生成的主體與壺蓋之間的熱接觸。</p><p><br></p><p>如圖 2 所示，在模型上施加相關的熱邊界條件。假定茶壺內的茶水溫度為 100°C。
“芯片需要通過信號控制路徑以及電源路徑進行電氣連接，才能讓所有電流通過，”Nelson講道，“需要與外部世界熱接觸，將芯片產生的熱量散出。所有這些不僅帶來了諸多設計復雜性，還帶來了大量工程復雜性。”
該團隊使用Ansys Fluent流體仿真軟件來驗證從Octavia Carbon專有換熱器到接觸材料的傳熱率。計算流體力學（CFD）分析還可用于在設計過程中預測和驗證DAC單元內的氣流和蒸汽的流動型態。Barasa認為，在制造和實施之前，CFD分析對于驗證初創公司的定制熱概念至關重要。
她說：“這使我們能夠準確設計并確定風扇、鼓風機和蒸汽輸送系統的尺寸。
其中涵蓋了對流、溫度相關導熱系數、接觸熱導以及內部熱源的使用方法。
瞬態熱傳導有限元求解器開發2個月前
（2） 已知邊界對流換熱系數和接觸環境溫度，也屬于第二類邊界條件。這個邊界條件在處理的時候，需要進行拆分，一部分放到左側單元矩陣，一部分作為右側的載荷。
有限元思路
這部分在結構有限元教材中介紹的比較多，流程：
（1） 根據單元類型，確定插值函數。此時單元溫度用權函數表達。
（2） 采用伽遼金方法，權函數=插值函數，控制方程與權函數相乘，積分取0。
</p><p><br></p><p><strong><em>關鍵詞：</em></strong><em>熱管理、熱電制冷器、電阻加熱片、偏轉鏡、Ansys Multiphysics</em></p><p><br></p><p><strong>作者說</strong></p><p>本案例利用了Ansys多物理場耦合分析軟件，無論從建模、網格劃分和求解，還是后處理，很好地處理了裝配體之間的熱傳導、結構熱變形以及接觸面設置等諸多問題
電池包快充時，電芯因焦耳熱溫度從25℃快速升至50-60℃，鋼質散熱板與鋁合金電芯的熱膨脹系數差異達1.8倍，極易引發接觸熱應力，形成“熱應力升高-散熱失效-溫度驟升”的惡性循環。
這一特性使得 T3ster 被譽為熱測試中的 “X 射線”，能夠為器件封裝工藝改進、可靠性試驗、材料熱特性研究以及接觸熱阻分析等提供強大支持 。
（五）測試速度快，產能高
基于先進的 JEDEC ‘Static Method’測試方法（JESD51-1），T3ster 在測試時，啟動時間僅為 1us，測試周期短。能夠在幾分鐘之內快速分析得到關于電子器件全面的熱特性，大大提高了測試效率。
振動流化床：床體底部安裝振動電機，提供機械振動，使物料在空氣分布板上跳躍前進，同時與熱風接觸進行熱質傳遞。能改善普通流化床干燥后顆粒含水率不均勻、物料易團聚等問題，節能效果好，可處理黏性物料。
噴霧流化床：頂部有霧化噴槍，將液態物料霧化后噴入流化床，使液態物料在床內顆粒表面形成液膜并發生碰撞聚結，實現混合、制粒、干燥等過程一體化。
密封盤適合液體樣品及含易揮發物質的樣品，除氧化性試驗、光固化試驗外都需使用蓋子，防止樣品移動、提高熱接觸。密封盤打孔：依據試驗目的，判斷是否對蓋子打孔。如果含有揮發份（水），在坩堝蓋上打 5-10 孔，保證有連續揮發過程，基線會發生抖動。
注意：無論選擇哪種材質或種類的樣品盤，試驗所用的參比盤要始終和樣品盤一致。
