溫度場仿真的案例
基于溫度場仿真的干式變壓器散熱設(shè)計
[2] 王珊珊，肖黎，廖才波.110kV環(huán)氧澆注干式變壓器流體-溫度場的有限元仿真計算[J].變壓器，2016,53(1):1-5.
[3] 吳紅菊，賀銀濤.基于溫度場仿真分析的干式變壓器散熱設(shè)計[J].機電工程技術(shù)，2019,48(8):183-185.
[4] 張爽，張璐，潘曉敏，等.基于虛擬材料法的梅花觸頭溫度場數(shù)值仿真分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2020,14(11):74-80.
[5] 張牧，高立業(yè)，魏娟，等.樹脂澆注干式變壓器三維溫度場仿真計算[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015(3):62-66.
[6] 閆鑫笑.干式變壓器電磁-熱耦合模擬特性與實驗研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2020.
[7] 劉博.礦用干式變壓器內(nèi)部溫度場的仿真研究[J].機械管理開發(fā)，2019,34(11):59-60,63.
[8] 楊鋒，趙姍姍，傅軍.基于有限元的干式變壓器溫度場計算與分析[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報，2016,28(4):31-36.
文章來源電氣技術(shù)與經(jīng)濟. 2023(02)
展開 simsolid—某型排氣歧管溫度場仿真分析
exh_manifold.zip
某型排氣歧管溫度場仿真分析.pdf
某型排氣歧管溫度場仿真分析
1、分析目的
排氣歧管通常由鑄鐵或雙壁面焊接金屬制造而成。采用鑄造工藝的排氣歧管目前已廣泛應(yīng)用于汽油機或柴油機。排氣歧管應(yīng)當(dāng)有足夠的剛度以滿足在發(fā)動機開發(fā)過程中所需的主要設(shè)計目標(biāo)，比如動力性能，燃油經(jīng)濟性和排放。為了實現(xiàn)催化劑快速和高效啟動反應(yīng)，廢氣溫度應(yīng)該進一步提升以確保催化劑更高的轉(zhuǎn)化效率，而排氣歧管也將承受更高的熱負(fù)荷。因此針對某排氣歧管應(yīng)用simsolid軟件對其執(zhí)行了溫度場仿真分析。
2、模型說明
選擇鐵素體球墨鑄鐵作為排氣歧管和增壓器渦殼材料，其材料屬性高度依賴于環(huán)境溫度。彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化見圖1和圖2。排氣歧管幾何模型如圖3所示。
圖1 材料變溫下的彈性模量 圖2 材料變溫下的導(dǎo)熱系數(shù)
圖3 排氣歧管幾何模型
3、溫度場分析
排氣歧管溫度場分布是進行結(jié)構(gòu)分析最為重要的邊界條件。3D CFD計算結(jié)果傳遞局部換熱系數(shù)和近壁面氣體溫度，然后在一個工作循環(huán)周期內(nèi)進行平均處理，即得到時間平均的換熱系數(shù)和近壁面氣體溫度。除了排氣歧管內(nèi)壁面的對流換熱外，排氣歧管外壁面的對流換熱和熱輻射對傳熱分析也至關(guān)重要。時間平均的換熱系數(shù)和近壁面氣體溫度一般會隨發(fā)動機實際工況而產(chǎn)生變化。在Simsolid軟件中定義排氣歧管內(nèi)外壁面的換熱系數(shù)和溫度，定義過程非常簡易，如圖4和圖5所示。
展開 軸流式血泵熱流耦合 溫度場仿真
2.血泵熱流耦合溫度場仿真
血泵各部分與血液的接觸面存在對流換熱，考慮到兩者的耦合關(guān)系，流體仿真時需要把固體以及固體熱源加入到流體仿真軟件中，從而將血液與血泵的對流換熱數(shù)值加載到固體溫度場仿真的邊界條件中，實現(xiàn)血泵三維溫度場的仿真求解分析。
血泵三維整體模型分為兩個部分，一個是驅(qū)動電機部分：包括定子鐵芯、定子繞組、永磁轉(zhuǎn)子以及定子外殼；另一個是血液流動區(qū)域：包括前后導(dǎo)輪及其導(dǎo)葉、旋轉(zhuǎn)葉輪、軸承以及泵殼。血泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 軸流血泵整體結(jié)構(gòu)
利用商用流體仿真軟件進行相關(guān)邊界條件的設(shè)定，主要包括材料屬性、湍流模型、進出口邊界條件、轉(zhuǎn)速以及對流換熱系數(shù)等，其中血泵各部分的材料特性參數(shù)如表1所示。各部分熱源的生熱率通過商用熱仿真軟件計算，并與流體仿真模塊進行耦合。
展開 Workbench fluent風(fēng)力發(fā)電機組葉片流場及溫度場仿真，附詳解視頻及原模型 ￥96
本文檔提供基于ANSYS的風(fēng)力發(fā)電機組溫度場仿真全流程指南，涵蓋幾何處理、網(wǎng)格劃分、求解設(shè)置及后處理等核心環(huán)節(jié)，結(jié)合實用技巧與問題解決方案，助力用戶高效完成熱場分析，支撐機組熱管理設(shè)計與性能優(yōu)化。
請使用全英文路徑完成整個流程。
1. 幾何建模與處理
1.1 幾何導(dǎo)入與預(yù)處理
啟動SpaceClaim模塊
在ANSYS Workbench中創(chuàng)建新項目，拖拽 “fluid flow(fluent)”模塊至項目流程圖。右鍵選擇“edit Geometry in SpaceClaim ”進入幾何建模界面。
通過菜單欄“File”→“Import”導(dǎo)入風(fēng)機模型（支持格式：STEP、IGES、Parasolid等），直接拖拽模型到窗口也行。若模型包含多余部件（如螺栓、支架），需手動刪除以簡化計算。
幾何切割與旋轉(zhuǎn)操作。平面切割：選擇選項卡中的切割工具，以塔筒底部或葉片根部為參考平面進行切割，斷開幾何體的連接。此步驟確保后續(xù)旋轉(zhuǎn)操作僅作用于葉片部分。通過“Move”工具中的“Rotate”功能調(diào)整葉片至停機狀態(tài)（一個葉片朝下）。該軟件需要單獨學(xué)習(xí)操作的，可以關(guān)注作者的其他課程。
合并幾何體：使用“Combine”功能將旋轉(zhuǎn)后的葉片與塔筒合并為單一部件，避免后續(xù)分析中出現(xiàn)接觸面不連續(xù)問題。使用“Repair”工具修復(fù)模型中的微小縫隙或重疊面，確保幾何封閉性。對于復(fù)雜曲面（如葉片翼型），可通過“Simplify”功能減少局部細(xì)節(jié)，提升網(wǎng)格生成效率。
1.2 流體域抽取
創(chuàng)建外部流體域：在SpaceClaim中，選擇“準(zhǔn)備”選項卡，使用“外殼”工具沿風(fēng)機周圍生成長方體流體域，可以鍵盤上直接輸入數(shù)值。建議尺寸為風(fēng)機幾何的20-30倍。
展開 
模型分享014——高速水射流對超聲車削溫度場的影響 ￥99
鈦合金車削過程中加工區(qū)域溫度升高，會出現(xiàn)金剛石車刀磨損加劇影響加工表面質(zhì)量的問題，使用冷卻液噴射的方式可以改善車削環(huán)境，提高鈦合金加工表面質(zhì)量和金剛石刀具耐用度，基于ABAQUS仿真軟件建立Ti-6Al-4V鈦合金的水射流冷卻切削模型，研究超聲振動條件下應(yīng)力和溫度變化規(guī)律。
1. 應(yīng)力場仿真結(jié)果
（1）開啟冷卻系統(tǒng)階段
（2）超聲振動切削階段
2. 溫度場仿真結(jié)果
（1）開啟冷卻系統(tǒng)階段
（2）超聲振動切削階段
3. 應(yīng)力場仿真動畫
4.溫度場仿真動畫
通過添加微信或者QQ可獲得答疑
附件內(nèi)容：CAE文件和INP文件
WeChat：1489785835
仿真軟件：ABAQUS 2022
仿真要點：超聲振動切削、熱力耦合仿真、水射流冷卻、溫度場輸出
展開 帖一個某混凝土拱壩工程施工期及運行期溫度場仿真分析數(shù)據(jù)流
帖一個某混凝土拱壩工程施工期及運行期溫度場仿真分析數(shù)據(jù)流，供大家參考。
附件中有兩個文件：CA1*為計算數(shù)據(jù)流，DAQI.FUC為大氣年變化的周期函數(shù).
計算簡介:
1.施工期共分37層,每層1.5米
2.施工期及壩體建成后一個月的時間步長按天考慮,隨后32個月時間步長按月計.
3.計算中多年平均氣溫作為巖體初始溫度場,各層砼澆筑溫度作為其激活時的初始溫度;
4.巖體邊界按絕熱邊界條件(第一類邊界條件);大氣與壩面按對流邊界條件（第一類邊界條件）施加;按分段線性插值函數(shù)計水化熱。
附件地址：http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=9334
展開 基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場仿真案例
圖23 觀察甩油情況
圖24 初始時刻流場
圖25 0.015s流場
圖26 0.03s流場
圖27 0.06s流場
在fluent中最好根據(jù)想要的時間間隔設(shè)置每隔N步自動保存結(jié)果，這樣在后處理中有充足的結(jié)果可用，不會出現(xiàn)瞬態(tài)分辨率過低的情況，即時間跨度過大。
仿真步數(shù)可以自行選擇，這里選取了前600步的狀態(tài)進行分析。由于步數(shù)大少，大齒輪處在油浴當(dāng)中，溫升小，因此觀察小齒輪，溫度攀升較快。
圖28 0.18s溫度云圖
圖29 0.36s溫度云圖
圖30 不同轉(zhuǎn)速溫升對比
通過仿真可以對比不同轉(zhuǎn)速下，小齒輪的溫升狀況。實際上轉(zhuǎn)速決定了：
生熱量，通過公式計算；
甩油程度。
在fluent中甩油的程度對溫度變化有一定影響，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠大的時候，這個影響又變得不那么明顯。因此兩條曲線的形狀是相似的，只是單純的受到發(fā)熱量的支配。如果是低速重載情形，轉(zhuǎn)速很低（本例未包含），比如10rpm，這時候甩油困難，齒輪可能會發(fā)生膠合。
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結(jié)語：
由于解析方法計算齒輪減速器溫度場時的復(fù)雜性，往往需要對模型進行大幅簡化，難以得出精確解。針對此問題，本例使用仿真方法計算瞬態(tài)溫度場，可以有效捕捉輪齒與油液的接觸細(xì)節(jié)，實現(xiàn)了在精確仿真流場的前提下，油氣與齒輪固體共軛傳熱區(qū)域的實時更新。但同時也存在對流換熱系數(shù)不準(zhǔn)確，內(nèi)嵌傳熱算法換熱值不精確的弊端。
這個案例很長，對fluent的多相流、動網(wǎng)格等等復(fù)雜模型都有涉及，希望看完帖子能讓大家有所收獲！仿真用到的幾何文件、udf文件、運動profile文件都在附件中。
展開 考慮溫度場和流場的永磁同步電機折返型冷卻水道設(shè)計
圖8 水道水流壓強分布
Fig.8 Pressure distribution map of the water channel
2.2 電機溫升實驗驗證
為驗證電機溫度場、流場仿真結(jié)果的正確性，進行電機額定工況下的溫升、壓降實驗。電機溫度的采集通過電機繞組預(yù)埋的熱電偶進行，入水口和出水口的壓力由水壓傳感器測量。電機溫升、壓降測試平臺主要由電機、功率測量設(shè)備、控制器、恒溫水池和控制操作臺等組成，如圖9所示。實驗時外界條件與仿真邊界條件保持一致，即入口水流量為14 L/min，入口水溫為76℃，實驗環(huán)境溫度為29.1℃。
圖9 電機溫升、壓降實驗測試平臺
Fig.9 Temperature rise and pressure drop test platform of motor
電機在額定工況下運行60 min后繞組溫度不再上升，電機溫度達到平衡狀態(tài)。此時，繞組溫度保持在156.0℃不變，溫升為126.0℃。繞組溫度的仿真結(jié)果比實驗結(jié)果低3.4℃，誤差2.8%（見表3），在誤差允許范圍內(nèi)。實驗測得的冷卻水出、入水口壓強差為11 300 Pa，但因?qū)崪y水流壓降除了電機水道的壓降，還包括恒溫水池到電機出、入水口處水管的沿程損失，因此實測電機水道壓降為11 300 Pa，大于仿真電機水道壓降10 147 Pa，符合實際情況。實驗測試結(jié)果表明，電機溫度場、流場仿真模型是準(zhǔn)確可靠的。
展開 軌道電磁炮技術(shù)的多場耦合仿真----電熱 結(jié)構(gòu) 溫度耦合
由于電磁炮的溫度問題導(dǎo)致發(fā)射效率不會太高，因此我們從仿真角度來模擬炮彈發(fā)射過程中的炮筒溫度發(fā)熱傳遞效果，仿真涉及到電磁場仿真、機構(gòu)運動仿真、溫度場仿真，而且在短時間內(nèi)進行多種場的耦合分析，還要考慮各個場之間的數(shù)據(jù)對應(yīng)，這為仿真計算帶來了一定的難度，下面從ANSYS workbench仿真來模擬這個過程.
1.發(fā)熱原理
電磁炮的炮筒發(fā)熱主要由以下幾部分構(gòu)成
（1）大電流在導(dǎo)軌上的傳遞，產(chǎn)生的焦耳熱，由于炮彈的出膛時間較短，但是其電流過大，需要考慮發(fā)射時間的影響
（2）炮彈后側(cè)導(dǎo)電體橫截面積較小，而且持續(xù)通大電流，產(chǎn)生高溫，需要考慮該部分導(dǎo)體向側(cè)面的穩(wěn)定傳導(dǎo)效果
（3）炮彈和導(dǎo)軌之間的滑動連接，必然導(dǎo)致導(dǎo)軌和炮彈后側(cè)導(dǎo)體之間產(chǎn)生電火花放電，電弧是高溫等離子體，需要考慮高溫的熱傳導(dǎo)效果
（4）炮彈和導(dǎo)軌之間的高速摩擦產(chǎn)生的摩擦生熱導(dǎo)致導(dǎo)軌高溫
2.電磁仿真
電磁仿真需要計算的是電磁炮彈在導(dǎo)軌中的受力。由于導(dǎo)軌為平行導(dǎo)軌，炮彈受到的推力為恒定的電磁力，在電磁場中建立三維仿真模型，由于炮彈后側(cè)部分根據(jù)圖中所示為連接兩側(cè)的導(dǎo)體，建立模型如圖所示，建立相應(yīng)的網(wǎng)格模型。（本次分析假定采用尺寸為導(dǎo)軌間距90mm，炮彈質(zhì)量5.67Kg，電流為10KA）
電磁仿真模型
網(wǎng)格模型
邊界條件（藍色部分為導(dǎo)體）
由于電流較大，加載一個大電流在導(dǎo)軌上，計算磁場。計算磁場分布和洛侖茲力，結(jié)果如下圖所示。圖中可以看到炮彈的后方磁場強度最大，正式由于該位置的電動力，推動了炮彈的加速，進而達到預(yù)定的速度。電流密度可以看出導(dǎo)體部分電流密度均勻，而炮彈后方由于導(dǎo)體橫截面積較小，故其電流密度較大，發(fā)生熱量也相對集中。
展開 BGA封裝焊點動靜力學(xué)與溫度場耦合仿真分析 ￥9.9
第2章 靜力學(xué)仿真分析
2.1 模型建立
基于DSP實物模型進行有限元建模，建立429個焊點模型，按照實際安裝布局建立PCB模型，并按照DSP四角實際點膠情況建立環(huán)氧樹脂模型進行模擬，具體材料屬性見下表。
表2-1 分析材料屬性
部件
材料
密度
(t/ mm3)
楊氏模量(MPa)
泊松比
屈服強度(MPa)
抗拉強度(MPa)
電路板
FR-4
1.9e-9
35000
0.2
345
420
芯片
陶瓷
3.85e-09
187000
0.25
369
448
BGA焊球
SAC305
7.3e-09
38000
0.33
44
44
環(huán)氧樹脂膠
DG-4
0.98e-09
100
0.3
—
150
1. 單元類型的選擇
結(jié)合本章節(jié)仿真條件，并為后續(xù)的熱應(yīng)力仿真作鋪墊，穩(wěn)態(tài)溫度場模擬選用C3D8R三維熱實體單元。該單元既能實現(xiàn)勻速熱傳遞，也可用于瞬態(tài)熱分析。單元類型選擇如下圖所示。
圖2-1 單元類型的選擇
2.
展開 Bullet外流場溫度仿真案列
在進行時間步長設(shè)置時，由于設(shè)定氣流速度為Bullet平均速度800m/s，Bullet飛行120m需要的時間為150ms，設(shè)定計算總時間為150ms，計算完成后即可得到120m處彈頭及外部空氣溫度分布。
2.4數(shù)值仿真結(jié)果
初始時刻，模型中心截面的溫度分布如圖2.9所示。如圖中所示，彈頭初始溫度為81攝氏度，外部空氣域為20攝氏度。
圖2.9 初始時刻溫度分布
計算完成后，彈體周圍溫度場分布如圖2.10所示。
圖2.10 溫度分布計算結(jié)果
由圖2.10所示，彈頭整體溫度基本沒變，彈頭周圍空氣溫度有所提高，約為50攝氏度。彈頭殼體表面平均溫度為79.1攝氏度，彈頭殼體平均溫度為79.5攝氏度，裝藥溫度為81攝氏度。彈頭殼體表面溫度以及彈頭殼體平均溫度計算結(jié)果如圖2.11所示。
圖2.11 溫度計算結(jié)果
彈頭周圍氣流速度場分布如圖2.12所示。
圖2.12 彈頭周圍氣流速度場分布
由上述仿真結(jié)果可知，120m處，彈頭表面溫度約為79.1攝氏度，彈頭殼體整體平均溫度約為79.5攝氏度，裝藥溫度依舊為81攝氏度。在后續(xù)侵徹油箱計算過程中，可分別賦予彈頭殼體與裝藥相應(yīng)的不同初始溫度。
展開 
Comsol開關(guān)柜溫度-濕度-流場耦合計算
因此研究開關(guān)柜溫度-濕度-流場特性顯得尤為重要。
Ps:因不法商家瘋狂盜取本公眾號截圖，對工作室造成了不良影響，因此文章選圖皆做水印處理，為此給大家?guī)聿槐憔凑堈徑狻?2. 物理模型
據(jù)實體 CAD 設(shè)計圖紙，選擇直接在Comsol自帶的建模軟件繪制開關(guān)柜三維模型，開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型如圖 2所示。
模型中各部分結(jié)構(gòu)材料均可在材料庫中直接添加使用。仿真計算還需設(shè)置材料密度、恒壓熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和動力粘度等參數(shù)，為了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，以上參數(shù)均從相關(guān)資料以現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)中獲得，如圖3所示。
圖2. 計算模型
圖3. 材料參數(shù)設(shè)置
3. 物理場邊界條件
溫度場和流體場仿真需要設(shè)置相應(yīng)的邊界條件，其中溫度場需要設(shè)置濕空氣、流入邊界溫度、流出邊界、熱源、熱通量以及輻射散熱邊界，流場設(shè)置入口和出口邊界，溫度場和流場之間的耦合關(guān)系為非等溫流。詳細(xì)物理場邊界條件及場路耦合模型設(shè)置如圖4所示。
圖4. 物理場邊界條件
網(wǎng)格剖分質(zhì)量是影響計算過程收斂性和計算結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，網(wǎng)格剖分質(zhì)量越高，計算結(jié)果的準(zhǔn)確性也越高，但過于精細(xì)的剖分單元對計算機的要求越苛刻，因此，在仿真計算中對流體邊界進行網(wǎng)格加密，其他部分在保持計算結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下，選擇適當(dāng)?shù)钠史志取＞W(wǎng)格剖分分布如圖5所示。
圖5. 計算模型網(wǎng)格和質(zhì)量分布圖
4. 結(jié)果展示
模型采用穩(wěn)態(tài)分離式求解器進行求解，通過計算得到開關(guān)柜溫度、濕度、速度和壓力等結(jié)果分布如下所示。
圖6. 溫度分布
圖7. 濕度分布
圖8. 速度場分布
圖9. 流線分布
圖10.
展開 基于片式元器件激光釬焊溫度場仿真分析
畢業(yè)設(shè)計，求指教
基于XFlow的復(fù)合材料熱壓罐成型過程的溫度場模擬
2.5
定義邊界條件與仿真參數(shù)
（1）入口設(shè)置
圓柱模型一個端面作為進口，邊界條件設(shè)置為Inlet-Velocity，設(shè)定入口速度為風(fēng)速，熱邊界條件為氣體溫度-時間變化函數(shù)。
（2）出口及壁面設(shè)置
設(shè)置出口類型為Convective outlet，即出口處的靜壓和速度都是從內(nèi)部域推斷出來的。同時設(shè)置熱壓罐圓筒壁面為Wall，熱邊界條件類型為絕熱類型。
（3）仿真參數(shù)設(shè)置
設(shè)置仿真時間，XFlow無需劃分網(wǎng)格，只需定義求解尺寸即粒子大小。
3
模型精度驗證及模具型面溫度場分析
3.1
熱壓罐成型模具傳熱分析模型精度驗證
為了驗證XFlow應(yīng)用在熱壓罐溫度場模擬上的可行性，需要分析仿真結(jié)果的精度。將仿真得到的模具表面的溫度數(shù)據(jù)和實驗室中利用熱電偶檢測得到的數(shù)據(jù)[10]進行對比，驗證仿真結(jié)果的精度，溫度監(jiān)測點如圖5所示。以0.025K/s的升溫速率升溫至第4800s，此時模具表面溫度分布如圖6。
圖5. 實驗監(jiān)測點分布圖.
圖6. 模具表面的溫度分布.
模具是對稱結(jié)構(gòu)，選擇沿對角線上的數(shù)據(jù)。選取X01，X09，X13，X17，X25這五個坐標(biāo)點的數(shù)據(jù)進行對比，如表2和表3：
計算得到的平均相對誤差為1.83%，最大相對誤差為4.44%。
展開 abaqus激光增材制造應(yīng)力場仿真（Explicit+Implicit）
（1）在Explicit分析中實現(xiàn)溫度場的仿真，獲得odb文件；
（2）在Implicit分析中通過修改材料參數(shù)、分析步、相互作用、載荷和約束、網(wǎng)格類型、調(diào)用odb文件，實現(xiàn)熱應(yīng)力場的仿真。
