表面溫度的案例
《從零開始學(xué)散熱||》討論題：控制人手可觸摸的表面的溫度，其本質(zhì)是？
控制人手可觸摸的表面的溫度，其本質(zhì)是（ ）
答案是燙感。
我們之前講到過，可觸摸表面的溫度是體驗(yàn)性熱設(shè)計(jì)目標(biāo)，其溫度高 低通常并不影響電子產(chǎn)品功能，但影響體驗(yàn)。因此，控制表面的溫度，實(shí)際上是在控制 體驗(yàn)，溫度對(duì)應(yīng)的體驗(yàn)，就是燙感。
之所以提出這個(gè)問題，是因?yàn)椴煌矬w的表面，即使溫度相同，其燙感體驗(yàn)也不相 同。也就是說，兩個(gè)表面不同的電子產(chǎn)品，即使溫度控制的完全一致，其溫度體驗(yàn)卻可 能差別很大。這與材料的密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、材料表面形態(tài)、設(shè)備發(fā)熱情況等都 有關(guān)聯(lián)，影響機(jī)理還比較復(fù)雜。我會(huì)在后面的題目中詳細(xì)解釋。
在認(rèn)可控制表面溫度的本質(zhì)是控制燙感的前提下，當(dāng)我們制定產(chǎn)品表面溫度設(shè)計(jì)目 標(biāo)時(shí)，就得考慮前面提到的那些影響因素了。或者說，在設(shè)計(jì)的過程中，如果溫度無法 再被降低，我們還可以通過改變材料的這些特征來緩解燙感。對(duì)于已設(shè)定表面溫度目標(biāo) 的一類產(chǎn)品，當(dāng)由于產(chǎn)品更新?lián)Q代，表面材料發(fā)生變化，為了維持相同的燙感，嚴(yán)格意 義上講，之前制定的溫度目標(biāo)數(shù)值，也要做出調(diào)整。當(dāng)材質(zhì)導(dǎo)溫系數(shù)差別很大時(shí)，這一 調(diào)整幅度可能還很明顯，有時(shí)超過5℃。5℃聽起來不是一個(gè)很大的數(shù)字，但對(duì)于自然散 熱的智能終端而言，大多數(shù)產(chǎn)品要求在環(huán)境溫度為25℃時(shí)表面溫度控制在50℃以內(nèi)， 這樣，表面溫升空間總共也就 25℃，要將表面溫度再降低 5℃，相當(dāng)于散熱能力提升 20%，將基本意味著產(chǎn)品從硬件到結(jié)構(gòu)的完全重新設(shè)計(jì)，是極其困難的。
展開 16個(gè)讓你質(zhì)疑的科學(xué)常識(shí)，太陽表面溫度不高？
4.圍繞太陽的大氣溫度比太陽實(shí)際的表面溫度高。
太陽宏偉神秘的大氣叫做日冕，它實(shí)際的溫度是太陽表面溫度的600倍，對(duì)此目前科學(xué)仍然無法解釋。
5.澳大利亞的一個(gè)內(nèi)陸小鎮(zhèn)曾經(jīng)天上下魚。
當(dāng)然不只是魚，曾經(jīng)還有很多關(guān)于天空下蜘蛛、青蛙和其他動(dòng)物的報(bào)道。科學(xué)家認(rèn)為最合理的解釋是，這些動(dòng)物是被海龍卷或者龍卷風(fēng)吸走、運(yùn)輸?shù)搅诉@些地方。
6.地球和他的小行星朋友分享它的軌道。
這個(gè)直徑1000英尺的小行星叫做2010TK7，它不是月亮，但它是我們地球家園的固定朋友，地球在它的后面圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)。在大行星所屬軌道上運(yùn)行的小行星被稱為特洛伊小行星。到目前為止，2010TK7是唯一一個(gè)已知的地球的特洛伊小行星。
7.委內(nèi)瑞拉的一個(gè)湖面上空會(huì)出現(xiàn)連續(xù)不斷的閃電。
這個(gè)古怪的現(xiàn)象發(fā)生于卡塔通博河的入口處。這個(gè)地方有世界上獨(dú)一無二的閃電，它的起源是個(gè)謎，但是科學(xué)家認(rèn)為可能跟這里的地形和風(fēng)的模式有關(guān)。
8.有很多星球孤獨(dú)地漂浮在太空中，它們不屬于任何的星系。
科學(xué)家認(rèn)為，這些小伙伴是在形成行星的早起階段就被星系所拋棄。現(xiàn)在，它們是孤獨(dú)的，我們應(yīng)該給與同情。
9.太陽系里有一顆矮行星運(yùn)轉(zhuǎn)速度很快，以至于它的形狀都扭曲了。
在離太陽32億到37億英里遠(yuǎn)的地方，矮行星妊神星是太陽系里運(yùn)行最快的行星，雖然它有冥王星那么大，但每四小時(shí)就能自轉(zhuǎn)一周，快速運(yùn)行使得這個(gè)冰冷世界扭曲成了橢圓形。
10.雄性考拉有2個(gè)陰莖，雌性考拉有3個(gè)陰道。
大多數(shù)種類考拉的雄性有分叉陰莖——這意味著它們有兩個(gè)陰莖；雌性考拉有2個(gè)側(cè)面陰道，可以傳輸精液，還有1個(gè)中間陰道，它們的小孩就是通過中間陰道來到世界上。
展開 《從零開始學(xué)散熱||》討論題：長(zhǎng)期觸摸的表面，溫度標(biāo)準(zhǔn)為什么不再與材質(zhì)相關(guān)？
問題：
2018年12月實(shí)施的《IEC GUIDE 117 -- Electrotechnical equipment – Temperatures of touchable hot surfaces》標(biāo)準(zhǔn)中，也就是電子設(shè)備可觸摸熱表面溫度要求標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于可能超過8h觸摸時(shí)長(zhǎng)的物體表面，最嚴(yán)格的溫度要求是多少？（ ）
答案是43℃。
這個(gè)問題的答案在標(biāo)準(zhǔn)原文中很容易查到，這里想提醒你需要特別注意的是，這一溫度值與表面材質(zhì)無關(guān)。這似乎與我們前面說過的某些分析相悖。事實(shí)上，這并不矛盾。當(dāng)接觸時(shí)間足夠長(zhǎng)，熱源與人體皮膚將達(dá)成熱平衡，不同材質(zhì)的燙感將趨于一致。2018年IEC推行的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)表面材質(zhì)不同、觸膚時(shí)間不同，劃分了多個(gè)等級(jí)。那些只可能被短時(shí)間觸摸的表面，其溫度要求與材質(zhì)密切相關(guān)。如果你想了解詳細(xì)內(nèi)容，可以自行閱讀這一標(biāo)準(zhǔn)。
這道題想表達(dá)的另外一層意思是，智能電子產(chǎn)品的形態(tài)和使用習(xí)慣演進(jìn)很快，標(biāo)準(zhǔn)只存在有限的合理性。在上一道題中，我們討論過，由于人體不同位置的表皮厚度不同，相同溫度下不同位置的皮膚燙感差異很大。例如，VR產(chǎn)品佩戴在眼部，眼部表皮厚度更薄、對(duì)溫度更敏感；而手機(jī)通常由手部握持，手部表皮厚度更厚、對(duì)溫度不太敏感。因此，VR產(chǎn)品的溫度要求顯然應(yīng)比手機(jī)更嚴(yán)格才算合理，但該標(biāo)準(zhǔn)并未做此區(qū)分。因此，可觸摸電子產(chǎn)品表面的溫度閾值標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步細(xì)化。
更深入去思考，電子設(shè)備的噪聲標(biāo)準(zhǔn)也存在類似的問題。VR、冷熱敷眼罩，甚至部分耳機(jī)，為了解決熱問題，需要引入風(fēng)扇等發(fā)出噪音的部件。這些新興設(shè)備的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，顯然不應(yīng)與傳統(tǒng)的筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器相同，但實(shí)際上，這些設(shè)備暫時(shí)并沒有統(tǒng)一的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。我認(rèn)為，隨著技術(shù)進(jìn)步的加快，一些新興電子產(chǎn)品，可能會(huì)步入無標(biāo)準(zhǔn)時(shí)代，或多標(biāo)準(zhǔn)時(shí)代。
展開 住宅建筑窗體結(jié)露現(xiàn)象的分析與溫濕度傳感器的選擇
1、結(jié)露的產(chǎn)生:
在一定的溫度和濕度條件下，物體的表面如果低于某個(gè)溫度值，空氣中就容納不了原有的水蒸氣，而迫使一部分水蒸氣在溫度低的物體表面凝結(jié)成水珠（露水）析出，這就是結(jié)露。此時(shí)的溫度就稱之為露點(diǎn)溫度。如果在寒冷的冬季，建筑物門窗的表面溫度低于了露點(diǎn)溫度，那就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。
案例說明：假使室外溫度為-18℃，室內(nèi)溫度18℃，室內(nèi)濕度60%（對(duì)北方的冬天來說這是個(gè)很普通的室內(nèi)外環(huán)境），窗玻璃使用的是5mm+12A+5mm中空雙白玻，我們通過計(jì)算可以得到露點(diǎn)溫度為10.1℃。這就意味著如果此時(shí)窗體的表面溫度低于這個(gè)溫度，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露。
同時(shí)可以得到：當(dāng)室外溫度為-18℃時(shí)，中空玻璃內(nèi)片靠近室內(nèi)一側(cè)的玻璃表面溫度僅為6.1℃，低于露點(diǎn)溫度4℃，所以此時(shí)在玻璃表面很容易結(jié)露。同時(shí)還可以看出窗框和玻璃的實(shí)測(cè)溫度都要低于計(jì)算得出的露點(diǎn)溫度，這說明這個(gè)房間已經(jīng)達(dá)到了結(jié)露的條件，發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象是正常的自然現(xiàn)象。
2結(jié)露的預(yù)防:
2.1材料方面:
（1）北方地區(qū)門窗的重點(diǎn)在于保溫性能，大幅降低門窗的K值，可以極大提高門窗的保溫性能，同時(shí)降低能源消耗，節(jié)省取暖費(fèi)。首先采用有更好保溫性能的中空玻璃降低門窗的K值；其次使用Low—E玻璃可以在相同的環(huán)境下，提高玻璃的表面溫度。由計(jì)算得到：5mm+12A+5mmLow—E中空玻璃在室外溫度零下18℃的情況下的內(nèi)側(cè)玻璃的表面溫度已經(jīng)提高到114℃，已經(jīng)高過5mm+12A+5mm中空雙白玻的露點(diǎn)溫度，當(dāng)然不會(huì)有結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。
（2）除使用Low—E玻璃外，還可以改變中空層中的空氣，將空氣改變?yōu)槎栊詺怏w，現(xiàn)在普遍使用的是氬氣。通過計(jì)算5mm+12A（氬氣）+5mm中空玻璃在室外溫度—18℃的情況下的玻璃各表面溫度。可以得到，內(nèi)側(cè)玻璃的表面溫度還是有所提高的。
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起重機(jī)械金屬氣孔缺陷識(shí)別紅外熱波檢測(cè)仿真研究
鑒于紅外熱像法在焊縫缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用還很少見，故本文以氣孔缺陷為研究對(duì)象，利用workbench建立焊縫氣孔缺陷的紅外熱像檢測(cè)三維瞬態(tài)熱力學(xué)分析模型，從缺陷定性和定量分析的角度，研究激勵(lì)方式及激勵(lì)參數(shù)的選取對(duì)焊縫缺陷表面溫度的影響規(guī)律，為實(shí)際工程應(yīng)用中焊縫缺陷的紅外熱像檢測(cè)提供可靠的檢測(cè)依據(jù)。
建模以及劃分網(wǎng)格
采用脈沖激勵(lì)方式，主要分為兩個(gè)過程，主動(dòng)加熱和自然冷卻過程，持續(xù)時(shí)間為5s。
主動(dòng)加熱過程：在0~0.02s內(nèi)，對(duì)試件缺陷表面連續(xù)施加熱流密度為40000W/m2的脈沖熱流，脈沖寬度為20ms，由于脈沖時(shí)間較短，為了提高求解精度故應(yīng)設(shè)置較小的載荷子步，此處設(shè)步長(zhǎng)為0.0004s。自然冷卻過程：在0.02~5s 內(nèi)，刪除脈沖熱流載荷，此時(shí)試件表面與環(huán)境空氣之間產(chǎn)生對(duì)流作用，由于對(duì)流時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，溫度變化較為緩慢，故載荷子步步長(zhǎng)設(shè)為0.1s即可。結(jié)果如圖所示：
利用ANSYS Workbench瞬態(tài)熱力學(xué)模塊對(duì)整個(gè)熱波檢測(cè)過程進(jìn)行了模擬，記錄了0~5s內(nèi)試件表面的溫度場(chǎng)變化。不同時(shí)間區(qū)間獲取的脈沖紅外序列圖像如圖所示。圖中顯示了不同深度的缺陷表面溫度隨時(shí)間的變化，由于脈沖時(shí)間極短，能量較大，因此試件表面溫度上升比冷卻速率快。隨著時(shí)間的推移，熱波在試件內(nèi)傳播并擴(kuò)散到環(huán)境中，試件表面溫度在5秒時(shí)趨于平衡。
展開 汽車壓縮機(jī)熱害問題的CFD仿真優(yōu)化及試驗(yàn)驗(yàn)證
圖12 不同標(biāo)尺下壓縮機(jī)表面溫度分布圖
3.3 更改大風(fēng)扇的計(jì)算結(jié)果
大風(fēng)扇壓縮機(jī)表面降溫幅度較大，最高溫度降到了152℃并且壓縮機(jī)表面高于120℃的區(qū)域也有所減小。說明大風(fēng)扇增大了風(fēng)扇后部區(qū)域的空氣流動(dòng)，增強(qiáng)了壓縮機(jī)表面的對(duì)流換熱，降低了表面溫度（圖13）。
圖13 不同標(biāo)尺下壓縮機(jī)表面溫度分布圖
3.4 壓縮機(jī)下移50mm計(jì)算結(jié)果
壓縮機(jī)表面最高溫度由188℃降至149℃，降低了約40℃。這是由于增大了與熱源的間距，降低了熱輻射的影響。但是壓縮機(jī)表面高于120℃的區(qū)域沒有減小，但是位置發(fā)生了變化（圖14）。
圖14 不同標(biāo)尺下壓縮機(jī)表面溫度分布圖
3.5 增加預(yù)催隔熱罩的計(jì)算結(jié)果壓縮機(jī)的最高溫度為如圖15所示，在預(yù)催增加隔熱罩后，壓縮機(jī)表面最高溫度降低17℃，但是熱害問題依舊存在，而且出現(xiàn)熱害問題的區(qū)域變大（圖中紅色區(qū)域均為超出耐溫限制的區(qū)域）。
圖15 壓縮機(jī)表面最高溫度分布位置圖
3.6 更改預(yù)催隔熱罩材料屬性
圖16 不同標(biāo)尺下壓縮機(jī)表面溫度
為了降低輻射效果，嘗試通過改變預(yù)催隔熱罩的材料屬性，增加預(yù)催隔熱罩的隔熱能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)最高溫度仍然相對(duì)基礎(chǔ)車型下降16℃，降到了171℃，和最初的預(yù)催隔熱罩效果基本一樣。說明普通預(yù)催隔熱罩的材料就已有效避免了遮擋區(qū)域的熱輻射，壓縮機(jī)的高溫是由于其他部位的熱輻射和熱流的影響（圖16）。
3.7 優(yōu)化預(yù)催隔熱罩
通過對(duì)預(yù)催隔熱罩的優(yōu)化，壓縮機(jī)最高溫度從基礎(chǔ)模型的
188℃，降低到117℃，熱害風(fēng)險(xiǎn)得到了消除。
展開 基于Icepak的固體繼電器熱仿真研究
圖6 產(chǎn)品三維模型
圖7 簡(jiǎn)化后的產(chǎn)品三維模型
圖8 網(wǎng)格劃分效果圖
完成網(wǎng)格劃分后需要設(shè)置發(fā)熱器件功耗、材料、導(dǎo)熱率、邊界條件、溫度、氣壓和重力方向等，完成參數(shù)設(shè)置后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算出監(jiān)測(cè)器件的溫升曲線以及各個(gè)零部件的溫度值。見圖9、圖10。
圖9 仿真溫度和時(shí)間關(guān)系曲線(環(huán)境溫度25℃)
圖10 產(chǎn)品表面熱量分布云圖(環(huán)境溫度25℃)
經(jīng)過Icepak熱仿真計(jì)算，環(huán)境溫度為25℃,產(chǎn)品底板表面最終溫度約為66.3℃,產(chǎn)品罩殼表面溫度約為58℃。環(huán)境溫度為105℃,產(chǎn)品表面最終溫度約為111℃。
5 實(shí)測(cè)產(chǎn)品表面溫升
5.1 熱耦測(cè)試法
搭建線路測(cè)試產(chǎn)品溫升，施加和仿真同樣的功耗，使用熱耦電阻溫度傳感器測(cè)試產(chǎn)品外殼表面3個(gè)不同位置的高溫和室溫的溫升情況，見圖11。溫升測(cè)試結(jié)果見表1,室溫下(25℃)測(cè)試產(chǎn)品底板表面溫度由室溫上升至67.5℃達(dá)到穩(wěn)定。105℃下測(cè)試產(chǎn)品底板表面溫度由室溫上升至113℃達(dá)到穩(wěn)定。
圖11 熱耦電阻測(cè)試產(chǎn)品表面溫度
室溫下(25℃)測(cè)試產(chǎn)品罩殼表面的最高溫度約為58℃。測(cè)試曲線見圖12。
圖12 測(cè)試曲線
5.2 熱成像測(cè)試法
使用熱成像設(shè)備分析、測(cè)試對(duì)施加額定負(fù)載產(chǎn)品表面溫度和溫度變化情況。室溫下(25℃)熱成像設(shè)備測(cè)試產(chǎn)品(罩殼)表面最高溫度約為60℃。熱成像圖見圖13,產(chǎn)品溫度與時(shí)間關(guān)系曲線見圖14。
圖13 熱成像圖
圖14 溫度隨時(shí)間變化曲線圖
6 總結(jié)
(1)解決固體繼電器熱壽命驗(yàn)證、試驗(yàn)周期長(zhǎng)問題。軟件仿真和實(shí)際測(cè)試結(jié)果相差2℃。詳細(xì)參數(shù)對(duì)比情況如表1所示，仿真的偏差低于產(chǎn)品實(shí)際溫升的5%,準(zhǔn)確度較高，可應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)及方案優(yōu)化。
展開 基于正交試驗(yàn)的液冷板散熱性能的研究
整個(gè)冷板表面的最高溫度為65.0℃，主要熱量集中在中間8個(gè)熱源區(qū)域，冷板表面最低溫度為42.0℃，板面最高溫與最低溫相差23.0℃，中間8個(gè)熱源區(qū)域的最大溫差接近3.6℃。圖3(b）是冷板流道的壓力云圖，冷板流道最大壓力為19 458.5 Pa，在冷卻液進(jìn)口處。沿著流道的走向，每經(jīng)過一個(gè)90°拐角，壓力值迅速減小，直至出口處，壓力降為0。
圖3 小通道液冷板仿真結(jié)果
2.3 無小通道液冷板的散熱性能對(duì)比
保證流道橫截面積不變，將中間熱源區(qū)域的小通道結(jié)構(gòu)去除，建立無小通道液冷板三維模型，設(shè)置相同的邊界參數(shù)和熱功耗，進(jìn)行模擬分析。結(jié)果如圖4所示，冷板中心區(qū)域溫度最高為72.4℃，最大溫差接近6.2℃，最大壓力為31 802.3 Pa。對(duì)比圖3和圖4的溫度云圖，在邊界參數(shù)不變的情況下，小通道冷板表面最高溫度比無小通道冷板表面最高溫度降低了10%，由此可見增加小通道后的液冷板散熱性能顯著提高。
圖4 無小通道液冷板仿真結(jié)果
3 影響小通道散熱性能的因素研究
肋片是小通道流道的主要結(jié)構(gòu)，其尺寸設(shè)計(jì)能直接影響液冷板的散熱性能及流阻。雖然小通道冷板的換熱性能較高，但是由于流道散熱面積的減小，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力過大的問題。故在設(shè)計(jì)小通道結(jié)構(gòu)時(shí)需綜合考慮多種因素，如散熱能力、壓降、加工工藝等。控制冷板外形和流道走向不變，對(duì)小通道肋片尺寸參數(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化。
3.1 肋片間距單因素影響分析
采用控制變量法，保證其他參數(shù)不變，只改變肋片間距進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖5(a）所示，在流道高度和肋片厚度一定的條件下，相鄰肋片之間的距離越大，冷板表面的溫度越高，流道熱阻越小。說明肋片間距的過度增加并不有利于冷板的散熱性能。肋片間距的增加導(dǎo)致冷板中心熱源區(qū)域的流道數(shù)減少，流道的換熱面積與冷板整體面積的占比也隨之減小，因此冷板表面溫升增大，總體的換熱效率降低。
展開 Flotherm在電池模組熱仿真分析中的應(yīng)用實(shí)例
電池模組表面溫度分布云圖 (5分鐘-10分鐘)：
電池模組表面溫度分布云圖 (15分鐘-20分鐘)：
電池模組表面溫度分布云圖(25分鐘-30分鐘)：
電池模組時(shí)間溫度關(guān)系曲線:
電池模組截面速度分布云圖(X軸):
通過截面速度云圖可以看出：
（1）風(fēng)流主要通過三個(gè)主流道流動(dòng)，由于受到系統(tǒng)阻抗的影響，通過電池縫隙 的風(fēng)流相對(duì)較少；
（2）在風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口由于受到風(fēng)扇的推動(dòng)和牽引，經(jīng)過電池間的風(fēng)流相對(duì)較多；
（3）在模組的上下表面由于風(fēng)阻較小，所以通過電池表面的風(fēng)流相對(duì)中心位值的風(fēng)流較多。
電池模組截面速度分布云圖(Y軸):
通過截面速度云圖可以看出：
（1）在風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口由于受到風(fēng)扇的推動(dòng)和牽引，經(jīng)過電池間的風(fēng)流相對(duì)較多；
（2）模組在靠近主風(fēng)道位置由于風(fēng)阻較小，所以通過電池表面的風(fēng)流相對(duì)中心位值的風(fēng)流較多。
風(fēng)扇工作點(diǎn):
通過風(fēng)扇工作點(diǎn)可以看出，風(fēng)扇工作在90cfm,0.4inH20上，所以系統(tǒng)風(fēng)阻相對(duì)較小，這是因?yàn)槿齻€(gè)主風(fēng)流道的導(dǎo)流作用。
結(jié)論:
1.根據(jù)電池模組溫度云圖可以看出，電池表面最高溫度在30分鐘的時(shí)候?yàn)?2.3度，發(fā)生在靠近出風(fēng)口底面處;
2.分流過多的通過旁路干道，而從電池中間縫隙中流過的較少;
3.由于風(fēng)流分布不均勻以及風(fēng)流流動(dòng)過程中的加熱影響，所以造成電池的溫度分布不太均勻，溫差較大;
4.根據(jù)以上幾點(diǎn)，建議做以下幾點(diǎn)改善：
(1) 減小主風(fēng)流道的空間，讓風(fēng)流更多的通過電池中間，但不能完全堵死，主要為了:(a)避免系統(tǒng)風(fēng)流阻抗過大；(b)風(fēng)流在流動(dòng)過程中溫度平衡，否則風(fēng)流在流動(dòng)過程中逐級(jí)加熱導(dǎo)致出口處電池溫度比入口處電池溫度高很多，造成電池間溫差過大;
(2) 增加電池間孔隙，從而讓風(fēng)流流過電池的風(fēng)阻盡量減小。
展開 溫度在物體表面是如何分布的？ | 操作視頻
熱分析中主要的未知量是溫度，這是一個(gè)標(biāo)量，所以在有限元網(wǎng)格類型中，只需要考慮一個(gè)自由度即可。
在熱傳遞中有3種機(jī)理：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，軟件中有對(duì)應(yīng)的設(shè)置，所以可以在軟件中設(shè)置主要的熱傳遞方式以及對(duì)應(yīng)參數(shù)。
熱分析中，主要有穩(wěn)態(tài)分析、瞬態(tài)分析，穩(wěn)態(tài)分析是指經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間，熱流達(dá)到平衡且溫度穩(wěn)定的的情況；瞬態(tài)分析支持階梯熱載荷、變化熱載荷、恒溫器控制的熱載荷等幾種情況，本期先看穩(wěn)定分析。詳細(xì)操作和功能說明，點(diǎn)擊下方視頻文件查看。
用SOLIDWORKS分析溫度分布情況
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借助SOLIDWORKS瞬態(tài)熱力分析，模擬物體表面溫度變化 | 產(chǎn)品探索
今天探討一下瞬態(tài)熱力分析，瞬態(tài)熱力分析可以分析溫度隨時(shí)間的變化情況，也就是模型的熱力狀態(tài)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。例如，熱水瓶設(shè)計(jì)師知道里面的流體溫度最終將與室溫相等（穩(wěn)態(tài)），但設(shè)計(jì)師感興趣的是找出流體的溫度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。
瞬態(tài)熱力分析和穩(wěn)態(tài)熱力分析的分析條件指定基本相同，也就是需要指定材料屬性的熱導(dǎo)率、密度和比熱等。除此之外，瞬態(tài)熱力分析還需要切換分析類型、指定初始溫度、求解時(shí)間和時(shí)間增量等。
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借助SOLIDWORKS瞬態(tài)熱力分析，模擬物體表面溫度變化 | 操作視頻
溫度在物體表面是如何分布的？| 操作視頻，今天探討一下瞬態(tài)熱力分析，瞬態(tài)熱力分析可以分析溫度隨時(shí)間的變化情況，也就是模型的熱力狀態(tài)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。例如，熱水瓶設(shè)計(jì)師知道里面的流體溫度最終將與室溫相等（穩(wěn)態(tài)），但設(shè)計(jì)師感興趣的是找出流體的溫度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。
瞬態(tài)熱力分析和穩(wěn)態(tài)熱力分析的分析條件指定基本相同，也就是需要指定材料屬性的熱導(dǎo)率、密度和比熱等。除此之外，瞬態(tài)熱力分析還需要切換分析類型、指定初始溫度、求解時(shí)間和時(shí)間增量等。
分析完畢后，通過溫度結(jié)果可以查看各個(gè)梯段的溫度情況，并可以通過探測(cè)獲取溫度變化的曲線等。
其他關(guān)于“用SOLIDWORKS分析溫度變化情況”的詳細(xì)介紹詳見如下視頻：
詳細(xì)操作過程請(qǐng)查看以下視頻
用SOLIDWORKS分析溫度變化情況
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展開 自主CAE | 基于PERA SIM的電子封裝熱分析
也可以通過云圖、矢量圖、流線等方式對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行可視化的分析：
圖3 切片速度云圖
圖4 切片溫度云圖
圖5 封裝表面溫度云圖
從以上的分析結(jié)果可以得知，在此功耗條件下，封裝表面溫度最大在44.8℃左右，其中左上角處芯片表面溫度最高。由于芯片位置、熱耗以及自然對(duì)流作用影響，周圍空氣會(huì)帶走一部分熱量，使得芯片整體呈現(xiàn)出上半部溫度高，底部溫度低的溫度分布特征。
6.結(jié)論
本文用國(guó)產(chǎn)仿真軟件PERA SIM Fluid對(duì)電子封裝模型進(jìn)行了溫度場(chǎng)、流場(chǎng)分析，得到了自然對(duì)流條件下封裝表面溫度分布，為芯片封裝設(shè)計(jì)和電子產(chǎn)品制造開發(fā)提供了一定的參考信息。
可以看出，作為一款國(guó)產(chǎn)仿真軟件，PERA SIM Fluid支持耦合換熱方面的計(jì)算，能幫助分析封裝級(jí)流動(dòng)換熱問題。從模型修復(fù)、網(wǎng)格劃分、材料定義到分析求解和結(jié)果后處理，功能完善，計(jì)算分析流程完整。
作者：安世亞太工程師 鄭哲輝
展開 如何得到動(dòng)力電池仿真中電池發(fā)熱功率
如因環(huán)境溫度變化較大或者試驗(yàn)結(jié)果偏差太大，需要對(duì)進(jìn)行儀器重新校準(zhǔn)和漂移測(cè)試。
② 將試驗(yàn)樣品與充放電設(shè)備進(jìn)行連接，在試驗(yàn)樣品的外表面的幾何中心處（如圖1）粘貼溫度傳感器，將連接好的試驗(yàn)樣品置于加速量熱儀的絕熱倉(cāng)內(nèi)鋁制架上，封閉絕熱倉(cāng)；
圖1 溫度傳感器位置示意圖
③ 試驗(yàn)樣品按照步驟8.1進(jìn)行充電預(yù)處理循環(huán)，按8.2進(jìn)行電池狀態(tài)初始化，開啟設(shè)備，保證試驗(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境，設(shè)置等待時(shí)間，并按照步驟7.2.4靜置；
④ 設(shè)定加速量熱儀參數(shù)：設(shè)定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)溫度，終止溫度為Tmax1，溫升靈敏度為0.02℃/min，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為30s或樣品溫度變化1℃；開啟程序，保證試驗(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境；
⑤ 絕熱環(huán)境中，待試驗(yàn)樣品和腔體內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度，試驗(yàn)樣品開始以0.1C電流恒流放電；若放電過程中，試驗(yàn)樣品的表面溫度達(dá)到Tmax1，則試驗(yàn)結(jié)束；若放電結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)樣品的表面溫度未達(dá)到Tmax1，繼續(xù)以0.1C電流恒流放電至規(guī)定的放電截止電壓，停止試驗(yàn)；
⑥ 重復(fù)步驟③~⑤，其中，步驟⑤放電電流分別依次為0.1C、0.3C、0.5C、0.7C、1.0C和Imax1；
⑦ 記錄放電過程中試驗(yàn)樣品的表面溫度和溫升速率（℃/min），測(cè)試結(jié)束后，按照P=Cp mΔT/t分別計(jì)算試驗(yàn)樣品在不同倍率和不同溫度下放電過程的生熱功率P（W）（例如，試驗(yàn)樣品以0.1C進(jìn)行恒流放電，溫度由20℃升至25℃計(jì)算得到的P，記為20℃溫度下0.1C放電過程的生熱量，將數(shù)據(jù)記錄結(jié)果和數(shù)據(jù)處理結(jié)果填至附錄表A1中。
展開 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)(Thermal Design of Electronic Equipment)-9
上一節(jié)中提到，當(dāng)散熱器被加熱時(shí)，熱邊界層開始在相鄰散熱片的相對(duì)表面的底部邊緣形成。如果翅片或通道足夠長(zhǎng)，則邊界層最終合并，從而產(chǎn)生完全展開的通道流。間斷的翅片破壞了熱邊界層的生長(zhǎng)，保持了熱發(fā)展的流動(dòng)狀態(tài)，這反過來又導(dǎo)致了更高的自然傳熱系數(shù)。
仿真計(jì)算的翅片幾何形狀以及幾何參數(shù)如圖所示。取一個(gè)立方體電子外殼（100cm X 100cm X 100 cm），中心線熱負(fù)載產(chǎn)生50W的熱量。翅片用于兩個(gè)側(cè)面。環(huán)境溫度為328K。
輻射傳熱系數(shù)的計(jì)算，參考下圖，相鄰表面的輻射屏蔽效應(yīng)。
1. 計(jì)算無散熱片的仿真結(jié)果如下圖所示。
模擬結(jié)果表明，平均表面溫度接近390K左右。
2. 帶連續(xù)散熱片的仿真結(jié)果如下圖所示。
模擬結(jié)果表明，平均表面溫度接近356 K左右。
3. 帶間斷散熱器（每個(gè)散熱片中心有5mm的切口）的仿真結(jié)果如下圖所示。
模擬結(jié)果表明，平均表面溫度接近344K左右。
從計(jì)算結(jié)果中可以看出，由于翅片的中斷，與連續(xù)翅片散熱器相同情況下，表面溫度降低了近10K。這是由于翅片中的中斷重置了流體動(dòng)力學(xué)和熱邊界層，并且新的邊界層生長(zhǎng)，從而增加了整體對(duì)流傳熱系數(shù)。
文章來源：CAE工程師筆記
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