ansys熱管仿真模擬的案例
CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內(nèi)部流動及傳熱傳質(zhì)過程，優(yōu)化熱傳輸性能
<p>熱管作為一種高效的傳熱元件，其工作原理基于熱傳導和相變過程。它通常由管殼、吸液芯和端蓋組成，內(nèi)部充注適量的工作液體。在不消耗外部能源的情況下快速傳遞熱量。熱管因其高效的熱傳導性能，被廣泛應用于各種需要有效散熱的領域，如航空航天器的熱控、電子設備的冷卻等。</p><p>盡管熱管在實際應用中已經(jīng)展現(xiàn)出了其優(yōu)越的性能，但在設計和優(yōu)化過程中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。實驗測試雖然能夠提供真實的數(shù)據(jù)，但往往成本高昂且周期長。此外，實驗條件難以完全控制，可能會受到環(huán)境因素的影響。因此，仿真技術(shù)在熱管設計和優(yōu)化過程中起到了至關重要的作用。</p><p><strong>熱管模擬仿真目的</strong></p><p>通過CFD技術(shù)模擬熱管的實際工作過程，以預測和優(yōu)化其熱傳輸性能。仿真可以實現(xiàn)以下幾個目的：</p><p><strong>設計優(yōu)化：</strong>基于仿真數(shù)據(jù)，可以調(diào)整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結(jié)構(gòu)等關鍵參數(shù)，以最大化其熱傳輸效率。</p><p><strong>性能預測：</strong>通過CFD技術(shù)，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數(shù)。</p><p><strong>流動與傳熱特性分析：</strong>揭示熱管內(nèi)部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內(nèi)的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。</p><p><strong>穩(wěn)定性與可靠性評估：</strong>評估熱管在不同運行條件下的穩(wěn)定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環(huán)境變化等多種情況。</p><p><strong>熱管仿真的難點</strong></p><p><strong>物理模型復雜性：</strong>熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現(xiàn)象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅(qū)動的回流效應，這些都需要高精度的數(shù)學模型來描述。
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專業(yè)的熱管模擬仿真模塊
HeatPipePro是專用于熱管內(nèi)部流動、傳熱和傳質(zhì)仿真的模塊。它能夠精確分析熱管中的吸液芯毛細驅(qū)動流動問題，揭示流體在微小通道中的流動機制；能夠有效處理吸液芯表面的兩相相變問題，準確模擬液體蒸發(fā)和氣體冷凝過程；能分析冷凝器內(nèi)部壁面的冷凝問題，評估冷凝效率和冷凝液分布；能夠全面分析整個熱管回路的工作狀態(tài)，預測其在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為熱管產(chǎn)品的研發(fā)提供有力支持。
功能特點
采用可壓縮兩相流模型處理熱管內(nèi)部壓力、溫度變化條件下的流體問題。
多孔介質(zhì)模型和毛細力模型耦合使用,保證了毛細芯內(nèi)兩相流動的順利進行。
沸騰冷凝相變模型可以準確描述熱管內(nèi)部相變問題。
可對整個熱管系統(tǒng)進行仿真,通過分析不同設計參數(shù)(充液率、幾何尺寸等)計算結(jié)果,實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化設計。
微槽道熱管
典型應用案例
航天器熱管相變冷卻
熱管相變傳熱的物理過程復雜，涉及兩相流動、換熱、傳質(zhì)等現(xiàn)象，為時間與空間多尺度兩相流形態(tài)。軟件采用高效的Lee模型進行蒸發(fā)、冷凝現(xiàn)象的計算，多相流模型采用均相模型，可以模擬相變熱管的熱傳遞全過程。
蒸發(fā)器部件仿真中的應用
軟件通過模擬蒸發(fā)器內(nèi)的毛細壓力模型和沸騰模型，分析了蒸發(fā)器在不同工況下的性能表現(xiàn)，并驗證了冷凝器內(nèi)蒸汽冷凝過程受多種因素影響，為蒸發(fā)器和冷凝器的設計和優(yōu)化提供了有力支持。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實現(xiàn)微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
同時，針對熱管內(nèi)部的微小通道結(jié)構(gòu)，試驗測量難度大、測試設備成本高等問題，通過相變的仿真計算，可以高精度模擬毛細力現(xiàn)象、蒸發(fā)器的液體沸騰換熱現(xiàn)象以及冷凝器的高溫蒸汽冷凝現(xiàn)象，準確預測氣液兩相的體積分數(shù)、介質(zhì)以及壁面的溫度。
此外，通過仿真手段，有效的減少熱管設計前期的部件和整體試驗次數(shù)，研發(fā)周期縮短2/3，整體的人力成本和試驗設備成本減少一半以上。
通過一段時間的使用，客戶給予了積極的反饋：“軟件可自動生成笛卡爾網(wǎng)格，比Fluent等軟件節(jié)約一半以上的時間；同時，具備多種蒸發(fā)和冷凝等相變算法，能夠運用在不同的場景；軟件還可以針對不同的材料，進行多孔介質(zhì)和毛細力計算，這點優(yōu)于同類軟件；軟件能夠較為逼真的復現(xiàn)熱管相變冷卻的整個流程和現(xiàn)象，達到國際主流cfd軟件的計算精度。”
方案總結(jié)
本軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢，并與理論計算比較驗證。以用戶提供的某型熱管物理參數(shù)為輸入，可以仿真計算該型熱管隨著功率變化的瞬態(tài)溫度變化趨勢，仿真獲得的結(jié)果與用戶提供的實驗結(jié)果相比較，趨勢一致。
相變和瞬態(tài)計算的精度和收斂性，一直以來都是流體仿真的難點。本軟件通過算法和工程實踐相結(jié)合，可以高精度的模擬環(huán)路熱管中吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)冷凝等相變過程，填補國產(chǎn)軟件在這個領域的空白，同時計算精度和效率比肩國外主流軟件。
基于軟件在沸騰換熱、冷凝換熱和毛細力現(xiàn)象等方面有高精度的預測能力，所以可以在化工、核電、汽車、電子電器、生物等相變換熱場景較多的行業(yè)進行推廣應用。
展開 ANSYS輻射仿真模擬
借助于溫度場數(shù)值模擬仿真技術(shù)，可以了解研究熱輻射規(guī)律，對于爐內(nèi)傳熱的合理設計十分重要，對于高溫爐操作工的勞動保護也有積極意義。
本文基于大型有限元軟件ANSYS對輻射傳熱過程溫度場模擬仿真，隨著ANSYS版本不斷更新，核心技術(shù)不斷完善，其穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熱分析、輻射熱分析、相變分析、熱應力分析和流體熱分析功能不斷強大，更能顯示其計算精度與計算速度的良好兼顧性。
1 、輻射傳熱過程溫度場模擬仿真
1.1研究對象
本文研究的同軸圓柱體尺寸如圖所示：
圖1 研究模型
1.2基本假設
在復雜的輻射傳熱過程實際條件下，抓住主要方面模擬實驗情況，做一些合理化的假設，但同時又能保證其結(jié)果的準確性。本文做如下假設：
1）由于兩個圓柱體足夠長，將問題簡化為平面問題；
2）考慮到整個輻射傳熱過程為封閉系統(tǒng)，不需設置空間節(jié)點。
1.3初始條件
假設圓柱體是瞬時傳熱的。圓柱體為已知初始均勻溫度場，即:
T(x,y,z,t=0)=T
T為圓柱體溫度，即100°C.
1.4 邊界條件
傳熱是在圓柱體內(nèi)徑行的的，所以把外圓柱體當做邊界條件。
外圓柱體的初始溫度:100°C
輻射率:1
兩圓柱體的輻射傳熱用Newton冷卻定律描述:
式中:α為對流換熱系數(shù)，α=65 W/m2·℃;Tf為液態(tài)金屬的特征溫度;Tw為砂型邊界溫度。
輻射傳熱后，兩圓柱體之間的導熱主要以不穩(wěn)定導熱方式進行。三維不穩(wěn)定熱傳導方程為:
式中:ρ為密度，kg/m3;c為定壓比熱容，J/(kg·℃);t為溫度，℃;T為時間，s;λ為熱導率，W/(m·℃);Q為內(nèi)熱源密度(此處為金屬液凝固時釋放的潛熱)，W/m3。
因為整個輻射傳熱過程為封閉系統(tǒng)，所以不必考慮兩圓柱體與外界的傳熱。
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Ansys Mechaniacal | 囊狀氣墊鞋仿真模擬
未使用靜水壓流體單元時的總變形云圖
總結(jié)
本仿真展示了如何在 Mechanical 中使用命令行創(chuàng)建靜水壓流體單元，以模擬囊狀氣墊鞋內(nèi)部的空氣。相同的概念也可用于不可壓縮流體以及不遵循理想氣體定律的氣體。
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Ansys Lumerical | 光纖布拉格光柵溫度傳感器的仿真模擬
使用腳本添加 FDE求解器，并在室溫下為光柵中的兩個不同位置（高折射率區(qū)域和低折射率區(qū)域）運行模擬。有效折射率的平均值用于表示光柵的總折射率，并用于估計所需的光柵周期。本例中所考慮的基模的場分布如下所示。正如預期的那樣，該模式被很好地限制在光纖的核心區(qū)域。
步驟2:EME-計算光柵的溫度相關透射/反射響應
我們分析了光柵在多個周期內(nèi)的透射/反射值，模擬區(qū)域中只包括光柵的單個周期，但通過使用“周期性”和“波長掃描”特征可以獲得長光柵的寬帶響應。然后，我們掃描溫度，并將傳輸/反射響應導出為S參數(shù)，S參數(shù)可用于隨后的電路模擬。
布拉格波長與溫度的關系如圖顯示，相對于室溫下的值，其在1.000攝氏度時偏移15.6納米。
還可以得到光柵在給定溫度范圍內(nèi)的靈敏度。靈敏度定義如下：
考慮到參考文獻中缺乏有關材料的信息，模擬的靈敏度（9.4 pm/℃）與公布的結(jié)果(7.2 pm/℃)存在差異。這種差異可能主要來自材料參數(shù)的差異，而參考文獻中并未完全提供這些參數(shù)。
該腳本還提取與溫度相關的S參數(shù)，并將其保存為S參數(shù)文件格式（fbg_S_param_T.dat），以便在下一步進行 interconnect 電路模擬。
步驟3：INTERCONNECT-光子電路模擬
使用光學時間調(diào)制 S 參數(shù)元件將與溫度相關的S參數(shù)導入 INTERCONNECT，用于模擬 FBG 溫度傳感器。我們掃描溫度并測量傳感器在不同溫度下的反射光譜。當需要附加 PIC 元件對 FBG 的整體性能的影響時，該電路模型仿真是有用的。
FBG 溫度的電路模擬需要三個要素：
1、光網(wǎng)絡分析儀（ONA），既可作為光源又可作為檢測器。
展開 基于ANSYS/LS-DYNA的EFP成型仿真模擬
基于ANSYS/LS-DYNA的EFP成型仿真模擬
基于Ansys Workbench平臺搖臂機構(gòu)仿真模擬
近日在Ansys WB群內(nèi)有網(wǎng)友曬出一張gif動態(tài)圖，該圖為一個搖臂機構(gòu)的運動圖（見圖1），從圖中筆者判斷該機構(gòu)運動是采用ansys經(jīng)典界面內(nèi)MPC184單元控制其運動。許久以前筆者曾經(jīng)使用過經(jīng)典界面的MPC184單元，該單元運動類型有很多，旋轉(zhuǎn)、平動等等各類機構(gòu)運動形式都可以在單元內(nèi)選擇。
圖1 搖臂機構(gòu)運動圖
應其他網(wǎng)友的好奇心，詢問WB平臺是否具有對搖臂機構(gòu)仿真的能力，故筆者通過此文講述一下如何通過WB平臺對此機構(gòu)的仿真。
首先從建模開始，筆者采用WB的DesignModeler對本機構(gòu)建模（如圖2），
圖2 建模圖
在XY平面建立三個草圖（如圖3），分別為十字支架，搖臂OC,搖臂BC及CA（注意：搖臂BC和CA不能為一條直線，必須分成兩段，分別為BC及CA，主要是考慮到OC與ACB的連接，后續(xù)mechanical環(huán)境設置時C點需要設置旋轉(zhuǎn)副）。
圖3
下面開始在DesignModeler內(nèi)概念建模，點擊concept—Lines from Sketches,分別基于剛剛繪制的三個草圖建立Line1、Line2及Line3（注意：建立Line2和Line3時，其Detail View內(nèi)的operation必須設置成Add frozen，讀者知道這是為什么嗎？如圖4及圖5）。
圖4
圖5
現(xiàn)在開始建立此機構(gòu)的梁截面，點擊concept—cross section—circular，筆者統(tǒng)一使用一個圓截面作為十字支架及兩個搖臂的梁截面，圓半徑各位網(wǎng)友可以根據(jù)自己模型的相對大小定制，如圖5。
圖6
最后為三個Line body設置剛剛生成的圓截面。
展開 基于ANSYS/LS-DYNA的EFP成型仿真模擬
基于ANSYS/LS-DYNA的EFP成型仿真模擬
Ansys Speos | 視覺模擬仿真中，Natural Light 易被忽略的參數(shù)設置
如果忘記修改natural light中的with sky為false，依然時true激活的狀態(tài)，那么仿真natural light 和environment的共同結(jié)果將會出現(xiàn)natural light的天空和environment與黑色地面作用的場景。
現(xiàn)在我們知道了在使用natural light仿真中出現(xiàn)的一些特殊狀況，如何修改視角調(diào)整天空和地面的大小，如何natural light和environment配合使用，當然最重要的是，當出現(xiàn)本文中任何一種狀況，可以調(diào)整sensor或者natural light的參數(shù)進行合適的人眼視場和場景條件。
點擊圖片查看培訓詳情
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Ansys Lumerical | 針對 Grating coupler 的仿真分析方法
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Ansys 靜力模擬，振動模擬，沖擊模擬，流體模擬，復合材料分析，疲勞壽命，結(jié)構(gòu)/熱/流體/電場/磁場多場耦合、結(jié)構(gòu)優(yōu)化二次開發(fā)，培訓；Hypermesh 復雜結(jié)構(gòu)分網(wǎng)，二次開發(fā)，培訓；Matlab 編程，simulation 仿真等項目咨詢，非誠勿擾！
結(jié)構(gòu)一膠應力.png
Out.bmp
高精度模擬，多物理協(xié)同 | 《ANSYS電機本體設計仿真解決方案》現(xiàn)已開放領取
1 電機概念設計
2 電磁場有限元分析
· 一鍵有限元
· 自動自適應網(wǎng)格剖分
· 磁滯材料建模
· 電磁優(yōu)化設計
· 損耗精確計算
· 高性能計算
3 電機結(jié)構(gòu)分析
· 電機定子結(jié)構(gòu)及模態(tài)計算
· 電機臨界轉(zhuǎn)速計算
· 電機轉(zhuǎn)子動力學分析
· 電機轉(zhuǎn)子疲勞壽命分析
4 電機散熱分析
· 直流無刷永磁電機散熱分析
· 某小型電機瞬態(tài)溫升分析
· 電鉆電機通風散熱分析
5 電機振動噪聲分析
6 電機振動噪音設計
· 基于聯(lián)合仿真的聲音分析及優(yōu)化
· 結(jié)合測試與仿真的系統(tǒng)集成與聲音設計
· 面向最終用戶感受的聲品質(zhì)研究
7 多物理場耦合分析
· 電磁、結(jié)構(gòu)耦合分析
· 電磁、熱耦合分析
8 基于optiSLang的電機多目標優(yōu)化設計
· 問題描述
· 輸入模型參數(shù)化
· Workbench中建立分析用Maxwell模型
· 定義輸入輸出變量
· 添加OptiSLang設置
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