ansys熱流仿真的案例
某水冷板熱流仿真—CAD模型修復(fù)導(dǎo)入教程
圖18 冷板的熱流后處理
注：本文來源于仿真秀，版權(quán)歸作者所有，旨在分享。
ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
管側(cè)溫度：320℃；殼側(cè)溫度：288℃；支架溫度：20℃
5.仿真結(jié)果
6.結(jié)論
對蒸汽發(fā)生器排污換熱器進行了三維建模，分析其在熱載荷下的熱膨脹量。
換熱器最大位移發(fā)生在管側(cè)的外側(cè)位置，最大矢量位移為15.7mm。同時可知：整個結(jié)構(gòu)主要是發(fā)生了沿著軸向的位移，最大軸向位移也發(fā)生在管側(cè)的外側(cè)位置，最大軸向位移為14.4mm。
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展開 電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
如果變壓器繞組熱點溫升過高則可能發(fā)生局部過熱，影響變壓器的運行穩(wěn)定性和服役壽命。絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產(chǎn)生的機械、絕緣等性能改變是一個不可逆過程，對其開展仿真研究對于變壓器運行維護具有重要的指導(dǎo)意義。
重慶大學(xué)的技術(shù)團隊經(jīng)過多年積累，在高壓設(shè)備和絕緣技術(shù)方面積累了深厚的經(jīng)驗。他們利用Simdroid對電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡化，在精確反映物理場景的前提下節(jié)省了計算資源，提高了計算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動速度從而增強繞組散熱的效果，并在此基礎(chǔ)上開展熱老化評估。
在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型
借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學(xué)的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯(lián)合仿真計算，在電力變壓器模型中實現(xiàn)對含有復(fù)雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網(wǎng)格自動優(yōu)化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結(jié)果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細節(jié)；在溫度結(jié)果中，可以查看變壓器內(nèi)部整體溫度分布，從中了解熱點位置和發(fā)熱情況。
Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖
Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩(wěn)態(tài)溫度分布
電力變壓器流熱耦合仿真的結(jié)果在工程實踐中有兩個主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實際監(jiān)測溫度，工程師可結(jié)合仿真在正常工況時實時掌握變壓器的運行情況，在非正常工況時做出預(yù)警或檢修等判斷；二是開展設(shè)備部件運行性能參數(shù)的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。
展開 紅外加熱爐冷卻通道設(shè)計及熱-流耦合仿真 ￥1000
紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術(shù)進行加熱的熱處理設(shè)備。它通過將電能轉(zhuǎn)化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，而無需通過傳導(dǎo)或?qū)α鱽韨鬟f熱量。當物體暴露在紅外輻射源附近時，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內(nèi)部溫度升高。
本案例設(shè)計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關(guān)模塊，仿真了爐內(nèi)物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結(jié)果如下所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
變流器整機熱設(shè)計仿真案例
d) 整個機柜內(nèi)的重要器件布局為；并網(wǎng)柜上部為水風換熱器，之后依次往下為網(wǎng)側(cè)主接觸器、框架斷路器、濾波電容、電阻、小接觸器、熔斷、最后為50KVA變壓器。
e) 在功率中，左側(cè)功率柜器件擺放為：上端為UPS和UPS供電電源，右側(cè)為卸荷組件，往下依次為功率單元、傳感器、水風換熱器、功率電阻、網(wǎng)側(cè)電抗、加熱器。
f) 在右側(cè)的功率柜中，從上到下依次為卸荷電阻和其它電阻，往下依次為機側(cè)功率單元、功率電阻、水風換熱、接觸器、機側(cè)電抗，加熱器。
2.3.2溫度場模擬機分析
熱分析：
根據(jù)結(jié)構(gòu)草案設(shè)計，軟件建模后如上圖，進行求解，得出上面的溫度場模擬圖。如圖所示，此柜內(nèi)柜體與柜體采用加裝隔板但不完全封閉結(jié)構(gòu)，熱流如圖，并網(wǎng)柜（左側(cè)）內(nèi)部熱流大部分與網(wǎng)側(cè)功率柜（中間）與機側(cè)功率柜（右側(cè)）進行熱交換；而網(wǎng)側(cè)功率柜與機側(cè)功率柜上方和中部雖然開孔（上圖描紅部分），但是兩柜內(nèi)熱流很少交換，功率單元散發(fā)的熱量也是無法流動。機側(cè)功率柜上方的水風換熱器也只是進行較小的熱循環(huán)，并不帶走下方的熱量。所以才布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是很合理。需進行改善。
2.3.3.優(yōu)化設(shè)計
優(yōu)化分析：
如上圖改進后，并網(wǎng)柜采用密閉結(jié)構(gòu)，熱流從柜體底部流向柜體頂端，在經(jīng)上端的水風換熱器底部吸入熱空氣，經(jīng)熱流循環(huán)后頂端冷風吹出，冷風遇到上端隔板反彈向下，流向底部，形成了上下循環(huán)的熱流系統(tǒng)，是柜體溫度分布均勻和溫度保持最低；在網(wǎng)側(cè)功率柜和機側(cè)功率柜的隔板上端加裝風扇，在中部開孔，熱流如圖；可以看到兩個功率柜的熱流互相循環(huán)，形成了循環(huán)通道。
2.3.4結(jié)論
通過熱設(shè)計軟件CFD可以更好的、更直觀的看到熱設(shè)計對結(jié)構(gòu)設(shè)計輔助作用不可估量。
展開 基于comsol的熱流光學(xué)耦合的紋影法仿真 ￥1600
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p> 紋影法一種常用的光學(xué)觀測方法。其基本原理，是利用光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度進行測量，廣泛用于觀測氣流的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%BE%B9%E7%95%8C%E5%B1%82/4859516" rel="noopener noreferrer" target="_blank">邊界層</a>、燃燒、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%BF%80%E6%B3%A2/825784" rel="noopener noreferrer" target="_blank">激波</a>、氣體內(nèi)的冷熱對流以及風洞或水洞流場。</p><p> 原理：利用光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度的原理，將流場中密度梯度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)橛涗浧矫嫔舷鄬鈴姷淖兓箍蓧嚎s流場中的激波、壓縮波等密度變化劇烈的區(qū)域成為可觀察、可分辨的圖像，從而記錄下來。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202101/85558facf5fd4d63b506f2433da4251d.gif"></p><p><br></p><p><br></p><p>此次用comsol搭建一個簡單的紋影法的光路，在凹面鏡的焦距前方發(fā)射光源 ，在焦距后方接收。
展開 comsol熱流仿真分析服務(wù)
985碩士研究生畢業(yè)，主要從事comsol數(shù)值仿真工作，研究方向包括：多孔介質(zhì)傳熱、裂隙巖體滲流傳熱、固體傳熱、湍流傳熱、非等溫管道流傳熱、熱固耦合等方向。可提供模型調(diào)試，咨詢，論文指導(dǎo)，論文寫作等服務(wù)。
航空發(fā)動機整機流固熱耦合仿真
隨著計算流體力學(xué)的發(fā)展以及計算性能的提升，對航空發(fā)動機整機仿真成為了可能，本教程對KJ66航空發(fā)動機進行整機仿真，整機仿真結(jié)合氣動、傳熱、燃燒、多相流、固體應(yīng)力，將航空發(fā)動機從冷態(tài)計算至熱態(tài)，即仿真始于冷態(tài)，終于熱態(tài)。
KJ66航空發(fā)動機幾何模型如圖，對航空發(fā)動機氣熱彈耦合仿真，計算采用穩(wěn)態(tài)，氣動的計算采用求解粘性N-S方程的方法，燃油的噴射計算采用拉格朗日多相流，燃燒的計算采用有限速率的渦耗散模型，流體與結(jié)構(gòu)的相互作用(FSI)采用雙向耦合的方式。
流體結(jié)構(gòu)相互作用 (FSI)是指一種耦合的表面問題，其中流體模型的狀態(tài)取決于結(jié)構(gòu)模型的狀態(tài)，反之亦然。這種相互關(guān)系可以是對稱或非對稱的。非對稱問題通常指單向耦合問題，表示其中一個模型是獨立的，另一個模型則具有關(guān)聯(lián)性。
流體結(jié)構(gòu)相互作用(FSI)耦合交界面處的對應(yīng)流體和固體移動時運動學(xué)特性（位置、速度和加速度）相同，受到的力也相同。
從流體傳遞到固體的信息是流體拉力，它由流體壓力和壁面剪切應(yīng)力組成的。此傳遞發(fā)生在耦合壁面邊界流體-結(jié)構(gòu)交界面）上。
從固體傳遞到流體的信息是固體的變形，尤其是流體-結(jié)構(gòu)交界面的變形。
一般情況下，F(xiàn)SI模擬在運動學(xué)和力方面保持一致，稱為雙向耦合，在STAR-CCM+中，雙向耦合FSI問題是指從流體到固體和從固體到流體的交換的綜合采用并行求解方法。
進行航空發(fā)動機整機氣熱彈耦合仿真的STAR-CCM+版本為STAR-CCM+ 2206.
將航空發(fā)動機整機從冷態(tài)模型計算至熱態(tài)模型后發(fā)動機伸長約1mm。
詳細計算結(jié)果如下：
速度
溫度
溫度
位移
固體應(yīng)力
文章來源：STAR CCM仿真學(xué)堂
展開 基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
該方法適用于流-固耦合計算，流-熱耦合計算。該種方法，流體的求解主要通過Fluent完成，結(jié)構(gòu)的求解可以使用結(jié)構(gòu)模塊或結(jié)構(gòu)熱模塊，由用戶的需求確定。場之間的數(shù)據(jù)交換模塊稱為系統(tǒng)耦合器，如圖3所示。
圖3 基于系統(tǒng)耦合器的迭代耦合計算
圖4和5分別給出了基于系統(tǒng)耦合器的流固和流熱耦合計算分析系統(tǒng)。流固耦合計算中，主要通過系統(tǒng)耦合器交換流體壓力與結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)，流熱耦合計算中，主要基于對流換熱計算公式進行數(shù)據(jù)交換。
圖4 基于系統(tǒng)耦合器的流固耦合計算
圖5 基于系統(tǒng)耦合器的流熱耦合計算
如圖6所示，給出了迭代計算過程中場之間的數(shù)據(jù)映射無誤差曲線，默認的數(shù)據(jù)映射殘差為1%。
圖6 迭代計算過程中場之間的數(shù)據(jù)映射誤差曲線
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 用在投影機之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，因為筆者未用過，因此，在此不做評論。
其實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，其實最大的考量便是便利性，分析軟件若是可以與CAD機構(gòu)設(shè)計軟件互相搭配，則能節(jié)省不少寶貴的時間，直接從機構(gòu)設(shè)計人員手中接過設(shè)計圖，便可以進行模擬分析，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)果回饋給機構(gòu)設(shè)計人員進行修圖，節(jié)省熱流模擬的時間。以筆者的經(jīng)驗來說，I-Deas是最能符合此項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
缺點
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，可以得到相當不錯的結(jié)果！
格點數(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，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。
展開 
ANSYS workbench三通管道流固熱耦合分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)三通管道的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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展開 仿真咨詢實戰(zhàn)：熱流固耦合分析
TASK
熱流固耦合分析中包括沸騰模型修正、接觸熱阻 計算和位移的傅立葉分解這三項功能。由于模型中部分區(qū)域發(fā)生了沸騰，非沸騰態(tài)下的換熱公式不再適用于計算沸騰態(tài)下的換熱量，因此需要對模型的換熱系數(shù)進行修正；接觸熱阻程序?qū)崿F(xiàn)的功能是根據(jù)接觸面之間的實際接觸面積、接觸表面的材料、接觸面間隙中介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和接觸面的壓力計算接觸面的接觸熱阻；對于已知的位移結(jié)果，可以在二維坐標系下可以將該平面內(nèi)的位移進行傅立葉分解，展開成多階傅立葉級數(shù)。
SOLUTION
主要技術(shù)挑戰(zhàn)：
沸騰修正涉及結(jié)構(gòu)模型和流體模型之間網(wǎng)格的插值和數(shù)據(jù)傳遞；
接觸熱阻公式較復(fù)雜，涉及物理量較多；
位移傅立葉分解計算較復(fù)雜；
解決方案：
開發(fā)沸騰修正模板，實現(xiàn)插值和模型修正功能；
開發(fā)接觸熱阻模板，實現(xiàn)熱阻公式的計算；
開發(fā)位移傅立葉分解模板，實現(xiàn)位移的傅立葉分解，并合并各階結(jié)果；
提供豐富的參數(shù)輸入和輸出界面；
結(jié)論：
形成了完整的熱流固耦合分析模板；
模板包括了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解功能。
Customer Benefit
熱流固耦合分析模板搭建的流程包含了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解的功能，已經(jīng)直接集成在柴油發(fā)動機仿真分析模板系統(tǒng)中，成為了柴油機整體仿真方案的一部分。
本文來自安世亞太微信公號，如果您對耦合分析有需求或感興趣，歡迎聯(lián)系溝通：
400-6600-388
展開 CREO ANSYS Simulation 旋流分離器的穩(wěn)態(tài)仿真和瞬態(tài)仿真的區(qū)別
旋流分離器，普遍使用在各行業(yè)各領(lǐng)域。對于流體在旋流分離器內(nèi)的仿真工作，要根據(jù)實體工件設(shè)計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內(nèi)部流體所表現(xiàn)出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩(wěn)態(tài)較合適，穩(wěn)態(tài)模式主要研究流體達到穩(wěn)定的“常態(tài)”之后所表現(xiàn)出來的物理特性。不考慮流體達到穩(wěn)定之前的過程，即與時間無關(guān)。如上圖，旋流分離器內(nèi)的流體是穩(wěn)定的流動狀態(tài)，無論何時，狀態(tài)一致。
如果仿真目的除了上述速度、壓力、湍能，還要考慮隨流體一同流動的“顆粒”，仿真模塊另外還要增加“粒子”，顆粒有多少種，粒子模塊就要增加多少個（注意，此粒子有具體質(zhì)量（密度&體積），與“流線”中無質(zhì)量的“粒子”有本質(zhì)的區(qū)別）。穩(wěn)態(tài)的仿真模式就不能勝任了，粒子（顆粒）在隨流體“流動”過程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時產(chǎn)生變化（注意，“隨時”兩個字），時間延長則沉積越多，可供流體占用的空間越少，直到顆粒塞滿全部腔體。流體永遠達不到常態(tài)的穩(wěn)定。所以仿真模式必須使用瞬態(tài)。瞬態(tài)仿真是建立在時間節(jié)點上的仿真，其仿真結(jié)果第一要素是時間。
瞬態(tài)仿真結(jié)果，假設(shè)，自0開始，第0.1秒結(jié)果、第0.2秒結(jié)果，第0.3秒結(jié)果... ..第1秒......第3秒，共計30個結(jié)果連續(xù)在一起，形成時間連續(xù)的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態(tài)仿真結(jié)果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達3秒種的，相對質(zhì)量高的動畫，應(yīng)該如何調(diào)整瞬態(tài)仿真呢？
播放時長=仿真時長，幀頻=24幀。格式MP4或者GIF。有興趣的朋友可以一試，本文附件為模型文件。
剛才出去吃飯，五個籠包飽了。想起一件事，一個朋友說，能否在穩(wěn)態(tài)下仿真粒子的運動呢？手拿第六個籠包糾結(jié)了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩(wěn)定狀態(tài)。
展開 壓力容器內(nèi)的熱-流多物理場耦合數(shù)值仿真 ￥1000
仿真結(jié)果展示如下所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/342d08917781496b810f4fcd22fe8364.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif" title="Untitled1-速度.gif" alt="Untitled1-速度.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?
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