熱傳分析的案例
FLOW-3D 在噴墨工藝的熱傳/流體分析上的應(yīng)用
Delametter , KODAK
報告重點(diǎn)
1） 噴墨制程之模擬分析概論
2） 薄膜結(jié)構(gòu)與相鄰流體之間的熱分析細(xì)節(jié)設(shè)定
3）均勻熱氣泡模型的詳細(xì)結(jié)果說明
4） 噴嘴設(shè)計的驗(yàn)證（包含了 chamber structure, reservoir, 以及 nozzle)
5）液滴生成模擬
6） 結(jié)論
一 噴墨制程的模擬分析
1.研究分析軟件采用 FLOW-3D 商業(yè)版本。
2.分析時采用簡化的軸對稱流體模型仿真典型的熱氣泡噴墨制程機(jī)構(gòu)
3.在 0~1μs 之間，施加能量于位在流體下方的薄膜堆棧電阻加熱機(jī)構(gòu)。
4.大約在 1 μs 時，與加熱機(jī)構(gòu)相鄰的流體達(dá)到過熱溫度限制，并且開始形成氣泡。
5.氣泡迅速膨脹，驅(qū)動流體通過相鄰的孔洞，噴出液滴。
6.氣泡繼續(xù)擴(kuò)大，當(dāng)薄膜層不足以支撐氣泡形成時，氣泡就會破裂。
Fig1. 噴墨過程的模擬 (FLOW-3D)
二 . 薄膜結(jié)構(gòu)與相鄰流體之間的熱分析細(xì)節(jié)設(shè)定
三 . 均勻熱氣泡模型的特征
? 當(dāng)氣泡開始形成時，流固界面溫度達(dá)到預(yù)定的過熱溫度限制 。
? 假設(shè)氣泡為均勻的，并且為理想氣體 (equation-of-state) ，可由 Clapeyron 方程式描述的相變化飽和壓力 加以說明。通過流體 / 蒸汽邊界的質(zhì)量流率可由動量定律求解而得。
四 . 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
Fig3. Open Pool 實(shí)驗(yàn)（ 2003 年完成 , 感謝 Dr. David Trauernicht 提供此實(shí)驗(yàn)照片 ）
Fig4.
展開 Moldex3D模流分析之快速設(shè)定不同成型階段的接口熱傳阻力
步驟 4：編輯邊界條件數(shù)據(jù)
用戶可以點(diǎn)擊模型樹形圖里邊界條件中熱傳系數(shù)的名稱，在顯示窗口中呈現(xiàn)指定的熱傳系數(shù)邊界條件位置。同時也可以鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊熱傳系數(shù)的名稱，并點(diǎn)擊編輯，重新開啟熱傳系數(shù)精靈來修改邊界條件設(shè)定；或是點(diǎn)擊刪除，移除現(xiàn)有的熱傳系數(shù)邊界條件。
步驟 5：提交分析工作
完成所有分析設(shè)定并提交分析工作給求解器。計算完成后，使用者可以檢察有設(shè)定熱傳系數(shù)成型階段的溫度分布結(jié)果。例如設(shè)定了低熱傳系數(shù)的產(chǎn)品，表面會出現(xiàn)高溫的結(jié)果。
展開 COSMOS與其他有限元分析軟件的比較
Cosmos/M是一個全面的CAE軟件，它除了包含Cosworks具有的全部功能外，還具有可以選擇的其它模組：
動力分析模組，包括：參數(shù)式材料性質(zhì)與挫曲負(fù)截輸入、可平移之頻率輸入、剛體模式、整體質(zhì)量模式、檢查Missed模態(tài)、可與Cosmos/M進(jìn)階動力模組集成在一起分析。
進(jìn)階動力分析模組，包括：二維與三維穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)線性動態(tài)分析。含模態(tài)時域分析、頻域分析、隨機(jī)振動、地震力風(fēng)力以及反應(yīng)頻譜分析等。
非線性分析模組，包括：二維與三維非線性靜力與動力分析。含大變形分析、塑性變形分析、貼彈分析、裂縫分析、非線性熱傳與后挫曲分析等。
熱傳分析模組，包括：二維與三維穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)熱傳導(dǎo)、熱對流與熱幅射分析、計算溫度，等溫線與熱流量等。
電磁分析模組，包括：二維與三維，高頻與低頻電磁問題分析。
疲勞分析模組，包括：二維與三維結(jié)構(gòu)分析，并且計算疲勞壽命、此外尚可計算裂縫在疲勞應(yīng)力下的發(fā)展趨勢。
計算流力分析模組，包括：二維與三維穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)可壓縮或不可壓縮流的分析。并且可以和熱傳分析集成做C0upling效應(yīng)分析。
設(shè)計最佳分析模組，包括：二維與三維形狀與大小最佳化分析與設(shè)計、結(jié)與熱傳靈敏度分析等。
FFE-Statics/FFE-Dynamics/Ffe-Thermal，包括：使用FFE技術(shù)去做靜力、動力與熱傳分析。
值得一提的是Cosmos的功能雖然很強(qiáng)大，但它的硬件需求只是PC機(jī)，這也為企業(yè)引進(jìn)分析軟件節(jié)約大量的投資。
Cosmos的集成性
Cosmos在CAD/DAE軟件的集成上做得是比較出色的，Cosmos的基本模組產(chǎn)品Cosworks與風(fēng)靡全球的三維CAD軟件SolidWorks已經(jīng)做到了無縫集成的境界。
展開 GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之90 土柱體中的蒸發(fā)量計算分析
GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之90 土柱體中的蒸發(fā)量計算分析（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
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本算例為VADOSE/W模塊的介紹算例。 熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進(jìn)行地表蒸發(fā)
問題的模擬。 算例示意圖如下所示。
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Moldex3D仿真分析之有限元素法
有限元素法
有限元素法常被用來分析許多工程上及數(shù)學(xué)上的問題。其典型的應(yīng)用包括應(yīng)力分析、振動分析、熱傳分析、流體分析等等。在有限元素法中，其解區(qū)間是由許多被稱做有限元素的互相鏈接的小單元所構(gòu)成。因此，ㄧ個很復(fù)雜的問題可以被近似為數(shù)個元素的的結(jié)合。在每個元素中，都假設(shè)有一個近似解并依此推導(dǎo)出其總平衡的條件，當(dāng)條件都滿足時就可以得到近似解。目前，Moldex3D采用有限元素法來解決射出成型過程中的翹曲問題。
薄殼有限元素
Shell模型存在兩種網(wǎng)格元素：1D線元素是由兩點(diǎn)定義并用在流道的網(wǎng)格模型；2D面元素是由三點(diǎn)定義并用在塑件的網(wǎng)格模型。
1D & 2D 有限元素
Shell網(wǎng)格
實(shí)體有限元素
網(wǎng)格是由元素及節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成。元素是由節(jié)點(diǎn)所連結(jié)及定義。Moldex3D中用了許多形式的元素：4節(jié)點(diǎn)四面體元素，5節(jié)點(diǎn)角錐元素，6節(jié)點(diǎn)棱柱元素，8節(jié)點(diǎn)六角元素。這些線性元素如下圖所示：四面體元素構(gòu)成的實(shí)體網(wǎng)格。
Moldex3D/Solid-Warp也支持二次型式元素，雖然使用線性元素較二次型式元素不秏內(nèi)存及CPU處理時間，但二次型式元素具有較高的準(zhǔn)確性。二次型式元素包括10節(jié)點(diǎn)四面體元素，15節(jié)點(diǎn)棱柱元素及20節(jié)點(diǎn)六角元素。Moldex3D/Solid-Warp 支持二次型式元素的自動轉(zhuǎn)換以利模擬的準(zhǔn)確性。
3D有限元素
四面體網(wǎng)格
矩陣分析核心
有限元素法使用矩陣分析核心輔助處理工程及數(shù)學(xué)上的問題。有限元素法可將問題簡化成一個到數(shù)個線性代數(shù)方程式的群組。這些方程式中多以 Ax = B的形式呈現(xiàn)，其中A是方程式的矩陣，B是邊界條件的向量，而x是問題的解。在這樣的形式下就可以應(yīng)用矩陣分析核心來求解。
一般來說，method 分析核心可以分成兩部份：直接計算法與反復(fù)計算法。直接計算法有三種：(1)由行列式值來解。
展開 GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之93 強(qiáng)度折減計算分析邊坡穩(wěn)定性
GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之93 強(qiáng)度折減計算分析邊坡穩(wěn)定性（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
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本算例為SIGMA/W模塊和SLOPE/W模塊的介紹算例。 熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進(jìn)行強(qiáng)度折減
計算邊坡穩(wěn)定性問題的模擬。
算例示意圖如下所示。
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展開 GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之94 水井引起的地表沉降分析
GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之94 水井引起的地表沉降分析（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
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本算例為SIGMA/W模塊和SEEP/W模塊結(jié)合的介紹算例。 熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進(jìn)行抽水引起的
地表沉降問題的模擬。
算例示意圖如下所示。
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展開 GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之97 軟土地基上耦合計算分析
GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之97 軟土地基上耦合計算分析（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
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本算例為SIGMA/W模塊的介紹算例。 熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進(jìn)行軟地基耦合
問題的模擬。
算例示意圖如下所示。
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展開 GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之84 基本操作教程（Temp）
熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進(jìn)行溫度傳遞等
問題的模擬。
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GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之108 沉積與開挖
熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進(jìn)行沉積與
開挖問題的模擬。 算例示意圖如下所示。
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GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之96 尾礦礦坑順序回填分析
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本算例為SIGMA/W模塊的介紹算例。 熱傳分析算例是為了向初次使用者展示如何用GeoStudio軟件來進(jìn)行尾礦回填
問題的模擬。
算例示意圖如下所示。
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Moldex3D模流分析之有限元素法
有限元素法
有限元素法常被用來分析許多工程上及數(shù)學(xué)上的問題。其典型的應(yīng)用包括應(yīng)力分析、振動分析、熱傳分析、流體分析等等。在有限元素法中，其解區(qū)間是由許多被稱做有限元素的互相鏈接的小單元所構(gòu)成。因此，ㄧ個很復(fù)雜的問題可以被近似為數(shù)個元素的的結(jié)合。在每個元素中，都假設(shè)有一個近似解并依此推導(dǎo)出其總平衡的條件，當(dāng)條件都滿足時就可以得到近似解。目前，Moldex3D采用有限元素法來解決射出成型過程中的翹曲問題。
薄殼有限元素
Shell模型存在兩種網(wǎng)格元素：1D線元素是由兩點(diǎn)定義并用在流道的網(wǎng)格模型；2D面元素是由三點(diǎn)定義并用在塑件的網(wǎng)格模型。
1D & 2D 有限元素
Shell網(wǎng)格
實(shí)體有限元素
網(wǎng)格是由元素及節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成。元素是由節(jié)點(diǎn)所連結(jié)及定義。Moldex3D中用了許多形式的元素：4節(jié)點(diǎn)四面體元素，5節(jié)點(diǎn)角錐元素，6節(jié)點(diǎn)棱柱元素，8節(jié)點(diǎn)六角元素。這些線性元素如下圖所示：四面體元素構(gòu)成的實(shí)體網(wǎng)格。
Moldex3D/Solid-Warp也支持二次型式元素，雖然使用線性元素較二次型式元素不秏內(nèi)存及CPU處理時間，但二次型式元素具有較高的準(zhǔn)確性。二次型式元素包括10節(jié)點(diǎn)四面體元素，15節(jié)點(diǎn)棱柱元素及20節(jié)點(diǎn)六角元素。Moldex3D/Solid-Warp 支持二次型式元素的自動轉(zhuǎn)換以利模擬的準(zhǔn)確性。
3D有限元素
四面體網(wǎng)格
矩陣分析核心
有限元素法使用矩陣分析核心輔助處理工程及數(shù)學(xué)上的問題。有限元素法可將問題簡化成一個到數(shù)個線性代數(shù)方程式的群組。這些方程式中多以 Ax = B的形式呈現(xiàn)，其中A是方程式的矩陣，B是邊界條件的向量，而x是問題的解。在這樣的形式下就可以應(yīng)用矩陣分析核心來求解。
一般來說，method 分析核心可以分成兩部份：直接計算法與反復(fù)計算法。直接計算法有三種：(1)由行列式值來解。
展開 Moldex3D模流分析之Warp Numerical Method
有限元素法
有限元素法常被用來分析許多工程上及數(shù)學(xué)上的問題。其典型的應(yīng)用包括應(yīng)力分析、振動分析、熱傳分析、流體分析等等。在有限元素法中，其解區(qū)間是由許多被稱做有限元素的互相鏈接的小單元所構(gòu)成。因此，ㄧ個很復(fù)雜的問題可以被近似為數(shù)個元素的的結(jié)合。在每個元素中，都假設(shè)有一個近似解并依此推導(dǎo)出其總平衡的條件，當(dāng)條件都滿足時就可以得到近似解。目前，Moldex3D采用有限元素法來解決射出成型過程中的翹曲問題。
薄殼有限元素
Shell模型存在兩種網(wǎng)格元素：1D線元素是由兩點(diǎn)定義并用在流道的網(wǎng)格模型；2D面元素是由三點(diǎn)定義并用在塑件的網(wǎng)格模型。
1D & 2D 有限元素
Shell網(wǎng)格
實(shí)體有限元素
網(wǎng)格是由元素及節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成。元素是由節(jié)點(diǎn)所連結(jié)及定義。Moldex3D中用了許多形式的元素：4節(jié)點(diǎn)四面體元素，5節(jié)點(diǎn)角錐元素，6節(jié)點(diǎn)棱柱元素，8節(jié)點(diǎn)六角元素。這些線性元素如下圖所示：四面體元素構(gòu)成的實(shí)體網(wǎng)格。
Moldex3D/Solid-Warp也支持二次型式元素，雖然使用線性元素較二次型式元素不秏內(nèi)存及CPU處理時間，但二次型式元素具有較高的準(zhǔn)確性。二次型式元素包括10節(jié)點(diǎn)四面體元素，15節(jié)點(diǎn)棱柱元素及20節(jié)點(diǎn)六角元素。Moldex3D/Solid-Warp 支持二次型式元素的自動轉(zhuǎn)換以利模擬的準(zhǔn)確性。
3D有限元素
四面體網(wǎng)格
矩陣分析核心
有限元素法使用矩陣分析核心輔助處理工程及數(shù)學(xué)上的問題。有限元素法可將問題簡化成一個到數(shù)個線性代數(shù)方程式的群組。這些方程式中多以 Ax = B的形式呈現(xiàn)，其中A是方程式的矩陣，B是邊界條件的向量，而x是問題的解。在這樣的形式下就可以應(yīng)用矩陣分析核心來求解。
展開 Moldex3D模流分析Warp參考資料之?dāng)?shù)值方法、模擬結(jié)果及其定義
? 數(shù)值方法 (Numerical Method)
有限元素法
有限元素法常被用來分析許多工程上及數(shù)學(xué)上的問題。其典型的應(yīng)用包括應(yīng)力分析、振動分析、熱傳分析、流體分析等等。在有限元素法中，其解區(qū)間是由許多被稱做有限元素的互相鏈接的小單元所構(gòu)成。因此，ㄧ個很復(fù)雜的問題可以被近似為數(shù)個元素的的結(jié)合。在每個元素中，都假設(shè)有一個近似解并依此推導(dǎo)出其總平衡的條件，當(dāng)條件都滿足時就可以得到近似解。目前，Moldex3D采用有限元素法來解決射出成型過程中的翹曲問題。
薄殼有限元素
Shell模型存在兩種網(wǎng)格元素：1D線元素是由兩點(diǎn)定義并用在流道的網(wǎng)格模型；2D面元素是由三點(diǎn)定義并用在塑件的網(wǎng)格模型。
1D & 2D 有限元素
Shell網(wǎng)格
實(shí)體有限元素
網(wǎng)格是由元素及節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成。元素是由節(jié)點(diǎn)所連結(jié)及定義。Moldex3D中用了許多形式的元素：4節(jié)點(diǎn)四面體元素，5節(jié)點(diǎn)角錐元素，6節(jié)點(diǎn)棱柱元素，8節(jié)點(diǎn)六角元素。這些線性元素如下圖所示：四面體元素構(gòu)成的實(shí)體網(wǎng)格。
Moldex3D/Solid-Warp也支持二次型式元素，雖然使用線性元素較二次型式元素不秏內(nèi)存及CPU處理時間，但二次型式元素具有較高的準(zhǔn)確性。二次型式元素包括10節(jié)點(diǎn)四面體元素，15節(jié)點(diǎn)棱柱元素及20節(jié)點(diǎn)六角元素。Moldex3D/Solid-Warp 支持二次型式元素的自動轉(zhuǎn)換以利模擬的準(zhǔn)確性。
3D有限元素
四面體網(wǎng)格
矩陣分析核心
有限元素法使用矩陣分析核心輔助處理工程及數(shù)學(xué)上的問題。有限元素法可將問題簡化成一個到數(shù)個線性代數(shù)方程式的群組。這些方程式中多以 Ax = B的形式呈現(xiàn)，其中A是方程式的矩陣，B是邊界條件的向量，而x是問題的解。在這樣的形式下就可以應(yīng)用矩陣分析核心來求解。
展開 用在投影機(jī)之CFD熱流仿真與分析軟件介紹
以筆者使用過的三種仿真分析軟件為例：Flowtherm，I-Deas，StarCD，其各有特色，在業(yè)界則以Flowtherm使用者較多，而-deas由于具有可以處理熱輻射的TMG模塊，近年來在投影機(jī)廠商中使用的比例也愈來愈多。
另外，Icepak是近年來另一個興起的熱門軟件，因?yàn)楣P者未用過，因此，在此不做評論。
其實(shí)可以作為熱流仿真與分析的軟件很多，但是在工業(yè)界使用時，其實(shí)最大的考量便是便利性，分析軟件若是可以與CAD機(jī)構(gòu)設(shè)計軟件互相搭配，則能節(jié)省不少寶貴的時間，直接從機(jī)構(gòu)設(shè)計人員手中接過設(shè)計圖，便可以進(jìn)行模擬分析，不但可以節(jié)省模擬分析的人重新繪圖時間，也可以立即將修正后的結(jié)果回饋給機(jī)構(gòu)設(shè)計人員進(jìn)行修圖，節(jié)省熱流模擬的時間。以筆者的經(jīng)驗(yàn)來說，I-Deas是最能符合此項(xiàng)要求的仿真分析軟件。
熱流分析軟件的比較
主要特色
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
Flowtherm
1 .利用計算流體力學(xué)CFD技術(shù)的電子熱傳分析軟件
2. 可同時分析熱傳導(dǎo)、熱對流及熱輻射三者效應(yīng)共存的問題。
簡單、簡單易學(xué)，容易上手，若針對電子熱傳，可以得到相當(dāng)不錯的結(jié)果！
格點(diǎn)數(shù)目太多，無法分析不規(guī)則形狀或曲面。
不能o在Windws 2000下使用
I-Deas
1. 使用Finite-Elements Model
2. 有ESC與TMG模塊可以分析電子熱傳與熱輻射
1. 有自己的CAD的機(jī)構(gòu)設(shè)計環(huán)境，功能模塊完全。
2. 可將Pro/E或是ANSYS的圖文件讀入，對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換很方便
在熱輻射的分析中有TMG模塊可以使用，但是對于view factor的條件設(shè)定必須要有經(jīng)驗(yàn)，否則容易算出不合理的答案。
StarCD
1. 使用CFD的技術(shù)所開發(fā)的熱流軟件。
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