abaqus 熱傳導(dǎo)系數(shù)的案例
（熱傳導(dǎo)的）對流系數(shù)
自由空氣和壓縮空氣的對流系數(shù)范圍列于下表：
Mode
Btu/sec/in2/F
N/sec/mm/C
Free air convection
1.93x10-6 - 9.645x10-6
5x10-3 - 25x10-3
Forced air convection
3.86x10-6 - 192.9x10-6
10x10-3 - 500x10-3
The equation for convection heat transfer is:
對流熱傳導(dǎo)方程：
qc = ACnvcof(Ts-Etemp)
where
這里
qc heat transfer associated with convection
qc 與對流對應(yīng)的熱傳導(dǎo)量
A convection heat transfer area
A 對流熱傳導(dǎo)面積
Cnvcof convection coefficient
Cnvcof 對流系數(shù)
Ts surface temperature
Ts 表面溫度
Etemp environmental temperature
Etemp 環(huán)境溫度
Applicable simulation types: Heat Transfer
適用的模擬類型：熱傳導(dǎo)
Non-Isothermal Deformation
非等溫變形
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Keywords: ENVTMP
關(guān)鍵字：ENVTMP
展開 熱傳導(dǎo)系數(shù)測量的主要方法
熱傳導(dǎo)系數(shù)測量的主要方法
■型創(chuàng)科技 / 劉文斌 技術(shù)總監(jiān)
熱傳導(dǎo)系數(shù)(Thermal Conductivity,K-value) 的定義與量測原理
熱傳導(dǎo)系數(shù)被定義為：
上式中K 表示熱傳導(dǎo)系數(shù)，而Q 表示為熱量，當(dāng)此熱量通過一截面積為A，通過長度為一微量距離ΔL 時，產(chǎn)生了一微量溫度變化量為ΔT。Q 是通過橫截面A并在距離ΔL 上引起溫差ΔT 的熱量。因此Q/A 是引起熱梯度ΔT/ΔL 的熱通量。因此由上式可以知道熱傳導(dǎo)系數(shù)(K) 的測量將會涉及到熱通量（通過單位面積的熱量- Q/A）和溫度差(ΔT) 的測量。然而在測量技術(shù)上的困難點，通常是要如何精確地量測出熱通量。
如果是以直接測量熱通量的方式進行量測（例如通過測量進入加熱器的電功率），這種測量方法稱為絕對值測量法。如果熱通量的測量方法是以間接方式來進行（通過比對方式），則該方法稱為比較值量測法。除了上述兩種主要的量測方式外，另外一種是藉由量測材料的瞬時性質(zhì)來計算得出熱傳導(dǎo)系數(shù)。因此熱傳導(dǎo)系數(shù)(Thermal Conductivity, K-value) 的定義就是在一材料上當(dāng)一熱通量(heat flux) Q/A 通過時，在材料上產(chǎn)生一溫度梯度(thermal gradient) ΔT/ΔL，其比值就是材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)（或稱熱傳導(dǎo)率）。如圖1 所示是材料熱傳導(dǎo)系數(shù)的量測原理示意圖。
圖1：材料熱傳導(dǎo)系數(shù)的量測原理示意圖 ;
熱傳導(dǎo)系數(shù)的量測限制
在所有熱傳導(dǎo)系數(shù)的量測方法中，均要求熱通量必須為單方向的軸向(uniaxial) 熱源，所以熱通量需要軸向通過量測樣品（或是在比較量測法中需要軸向通過參考體），因此熱通量在徑向(radial direction) 的熱損失或是熱生成必須要求為最小。
展開 Moldex3D模流分析材料性質(zhì)與模型之熱傳導(dǎo)系數(shù)模型
熱傳導(dǎo)系數(shù)在充填、保壓、冷卻周期時間的計算、塑件溫度分布等等之冷卻分析過程中扮演了一個非常重要的角色，然而，對熱塑性材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)而言，它似乎和溫度沒有多大的關(guān)系，也與分子量無關(guān)；而且不同之熱塑性材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)也變化不大。熱塑性材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)跟模具金屬比起來是相對的低；因為低的熱傳導(dǎo)系數(shù)可以降低與周圍環(huán)境的熱交換，當(dāng)我們面對高黏度熱塑性材料時，所面臨之的剪切的熱量，造成此種材料在厚度上的溫度分布是相當(dāng)不平均的 (非等溫)。
常數(shù)模型(Thermoset only)
模型最簡單的模型就是常數(shù)模型了，其假設(shè)熱傳導(dǎo)系數(shù)與溫度無關(guān)。
K=K0
其中K是熱傳導(dǎo)系數(shù)，K0是其特定常數(shù)值。目前在Moldex3D/Shell-RIM與Moldex3D/Solid-RIM模型主要采用此種模型。
CAE_K 模型 (1)
模型線性內(nèi)插法是另一個常用來表征熱傳導(dǎo)系數(shù)對溫度的相關(guān)性的近似法，因此Moldex3D中也采用了CAE_K模型(1)。給定熱傳導(dǎo)系數(shù) KL 和 KS 在兩個不同的溫度TL 和TS 下，我們可得如下的線性關(guān)系式：
線性內(nèi)插近似的熱傳導(dǎo)系數(shù)示意圖
多段數(shù)據(jù)表征模式
此模式可供用戶針對該材料輸入20點不同溫度下的熱傳導(dǎo)系數(shù)的數(shù)據(jù)，因為此模式可讓用戶彈性的調(diào)配以便準確的描述熱傳導(dǎo)系數(shù)在大范圍溫度區(qū)間下的變化。至于在兩給定溫度之區(qū)間的熱傳導(dǎo)系數(shù)，則采用標(biāo)準之線性內(nèi)插近似的熱傳導(dǎo)系數(shù)。
在多個數(shù)據(jù)以內(nèi)插法取得熱傳導(dǎo)系數(shù)的示意圖
展開 Abaqus熱傳導(dǎo)與熱應(yīng)力分析基礎(chǔ)知識介紹
熱傳遞的分析目標(biāo)是研究熱量的傳遞過程。熱傳遞分析以熱變量或與熱相關(guān)的變量的形式來計算熱響應(yīng)，如溫度分布和溫度梯度以及熱通量。
熱傳遞分析包括兩種類型，第一種，非耦合的熱響應(yīng)，即純熱傳遞分析；第二種耦合的響應(yīng)（熱-應(yīng)力分析），分為順序耦合和完全耦合。純熱傳遞分析在Abaqus/Standard中完成，耦合響應(yīng)在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中完成。
熱傳遞包括三種模式：
傳導(dǎo)，也被稱為“實體熱傳遞”，發(fā)生在物體內(nèi)的分子水平上，金屬是典型的熱的良導(dǎo)體，氣體則不是。
對流，是通過熱物質(zhì)（氣體或者流體）的流動進行熱量傳遞，包括自然對流和強制對流，如水泵、風(fēng)機或其他壓差作用引起的對流。
輻射，即電磁輻射，發(fā)生不需要介質(zhì)，真空中亦可。
熱傳遞可以上述一種或幾種模式的組合來進行。在熱傳遞分析中用到的基本量有以下這些，如圖所示。
abaqus-復(fù)合材料仿真分析基礎(chǔ)篇.pdf
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Abaqus非傅里葉熱傳導(dǎo)分析
傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)分析建立在傅立葉定律基礎(chǔ)上，認為熱流溫度梯度為線性分布，而且熱流傳播速度是無限大的。隨著瞬態(tài)加熱技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)即使在常溫或者高溫下，導(dǎo)熱規(guī)律也可能偏離傅里葉定律。非傅里葉導(dǎo)熱模型較傳統(tǒng)的拋物型方程(傅里葉模型)更復(fù)雜，其熱傳導(dǎo)特性受到松弛時間的影響。非傅里葉模型具有多種不同形式，目前最常見、最普遍的模型是雙曲型熱傳導(dǎo)模型。
Maxwell首先提出了雙曲型熱傳導(dǎo)模型
能量守恒方程為
聯(lián)立式1.1和1.2可得非傅里葉傳熱方程為
式中，T為溫度，t為時間，α為介質(zhì)的熱擴散率，τ為熱松弛時間。
Abaqus中可以通過UMATHT子程序?qū)崿F(xiàn)式1.3的熱傳導(dǎo)模型。
建立如下圖所示的有限元模型，模型上下側(cè)為溫度邊界。
取τ=0，0.1，0.5，1.5進行計算，平板中心點溫度變化曲線如下圖所示。可以發(fā)現(xiàn)，隨著熱松弛時間變大，溫度波動越明顯，達到平衡所需的時間越長。
熱松弛時間τ=0時，式1.1退化為傅里葉傳熱。
可以發(fā)現(xiàn)，τ=0時子程序和Abaqus自帶材料屬性計算得到的溫度變化規(guī)律一致。
展開 ABAQUS熱傳導(dǎo)邊界及載荷介紹
熱傳遞的分析目標(biāo)是研究熱量的傳遞過程。熱傳遞分析以熱變量或與熱相關(guān)的變量的形式來計算熱響應(yīng)，如溫度分布和溫度梯度以及熱通量。
熱傳遞分析包括兩種類型，第一種，非耦合的熱響應(yīng)，即純熱傳遞分析；第二種耦合的響應(yīng)（熱-應(yīng)力分析），分為順序耦合和完全耦合。ABAQUS作為先進的非線性有限元分析軟件，可以用來分析大規(guī)模的復(fù)雜多組件模型的傳熱問題。純熱傳遞分析在Abaqus/Standard中完成，耦合響應(yīng)在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中完成。在ABAQUS/Standard中，熱傳導(dǎo)分析的執(zhí)行是通過將幾何體離散成擴散熱傳導(dǎo)單元，并且使用*HEAT TRANSFER過程選項完成熱傳導(dǎo)計算。
ABAQUS進行熱傳導(dǎo)分析時，提供以下幾種邊界條件和熱載荷：
1、在某些節(jié)點上預(yù)設(shè)溫度，使用*BOUNDARY，自由度為11的值進行預(yù)設(shè)溫度定義；
對于預(yù)設(shè)溫度的定義，可以進行溫度值固定以及隨幅值曲線變化的溫度，其定義方法與一般邊界條件的定義方法類似，CAE界面的定義方法如下圖。
2、在某些節(jié)點或者表面或體積內(nèi)設(shè)置生熱率q，使用*CFLUX，*DFLUX，*DSFLUX進行定義；
生熱率的定義可以定義固定值或隨幅值曲線變化的值。分布熱流量通過*DFLUX和*DSFLUX施加，*DFLUX可以施加在面或體上，*DSFLUX只能施加在面上。
CAE界面的定義方法如下圖：
3、在某些節(jié)點或表面上的定義薄膜條件，使用*CFILM，*FILM，*SFILM；
熱傳導(dǎo)中，自由表面與緊鄰流體之間的對流是最常見的薄膜條件。*CFILM施加在節(jié)點上。*FILM二維情況下施加在單邊上，三維情況下施加在單元面上。*SFILM施加在面上。
展開 Abaqus熱傳導(dǎo)模型溫度傳遞只能傳遞一層單元
模型材料是鋼，采取的m制，導(dǎo)熱系數(shù)52，密度7850，比熱700，間隙處也設(shè)置了接觸熱阻，有間隙熱傳導(dǎo)。但是溫度傳遞就是只能傳遞一層單元
基于Abaqus的UMATHT子程序進行非傅里葉熱傳導(dǎo)分析
傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)分析建立在傅立葉定律基礎(chǔ)上，認為熱流溫度梯度為線性分布，而且熱流傳播速度是無限大的。隨著瞬態(tài)加熱技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)即使在常溫或者高溫下，導(dǎo)熱規(guī)律也可能偏離傅里葉定律。非傅里葉導(dǎo)熱模型較傳統(tǒng)的拋物型方程(傅里葉模型)更復(fù)雜，其熱傳導(dǎo)特性受到松弛時間的影響。非傅里葉模型具有多種不同形式，目前最常見、最普遍的模型是雙曲型熱傳導(dǎo)模型。
Maxwell首先提出了雙曲型熱傳導(dǎo)模型
能量守恒方程為
聯(lián)立式1.1和1.2可得非傅里葉傳熱方程為
式中，T為溫度，t為時間，α為介質(zhì)的熱擴散率，τ為熱松弛時間。
Abaqus中可以通過UMATHT子程序?qū)崿F(xiàn)式1.3的熱傳導(dǎo)模型。
建立如下圖所示的有限元模型，模型上下側(cè)為溫度邊界。
取τ=0，0.1，0.5，1.5進行計算，平板中心點溫度變化曲線如下圖所示。可以發(fā)現(xiàn)，隨著熱松弛時間變大，溫度波動越明顯，達到平衡所需的時間越長。
熱松弛時間τ=0時，式1.1退化為傅里葉傳熱。
可以發(fā)現(xiàn)，τ=0時子程序和Abaqus自帶材料屬性計算得到的溫度變化規(guī)律一致。
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