ansys熱場仿真的案例
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中最好根據想要的時間間隔設置每隔N步自動保存結果，這樣在后處理中有充足的結果可用，不會出現瞬態分辨率過低的情況，即時間跨度過大。
仿真步數可以自行選擇，這里選取了前600步的狀態進行分析。由于步數大少，大齒輪處在油浴當中，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 不同轉速溫升對比
通過仿真可以對比不同轉速下，小齒輪的溫升狀況。實際上轉速決定了：
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，但是當轉速足夠大的時候，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，只是單純的受到發熱量的支配。如果是低速重載情形，轉速很低（本例未包含），比如10rpm，這時候甩油困難，齒輪可能會發生膠合。
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結語：
由于解析方法計算齒輪減速器溫度場時的復雜性，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溫度場，可以有效捕捉輪齒與油液的接觸細節，實現了在精確仿真流場的前提下，油氣與齒輪固體共軛傳熱區域的實時更新。但同時也存在對流換熱系數不準確，內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、動網格等等復雜模型都有涉及，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 【3月22-25日 長沙】Workbench+Maxwell電磁場、磁熱、振動噪聲 多場耦合仿真
長期的實踐證明：通過借用仿真軟件能大幅降低原型機測試和生產成本；ANSYS Maxwell是工業界領先的電磁仿真軟件，能滿足機電產品工程師的仿真設計需求，提升高品質產品設計能力。Maxwell已集成到ANSYS先進的仿真平臺Workbench中，Workbench獨特的項目圖形化界面把整個仿真過程緊密結合在一起，完成復雜的多物理場耦合分析，通過電磁場與電場、電磁場與熱場和電磁場與結構等物理場相互耦合分析產品，可以在產品設計階段就能減少產品問題。
ANSYS多物理場解決方案能幫助工程師單獨和綜合分析多種物理力的效果，從而根據需要得到最高保真度的解。ANSYS能夠提供博大精深、經過實踐驗證的求解器技術。將上述求解器技術應用于多物理場仿真，是許多工程師下一步工作的選擇。為此，特舉辦“ANSYS Workbench+Maxwell電磁場、磁熱、振動噪聲多場耦合仿真”培訓。 詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年3月22日-3月25日（第一天報到，授課3天）
地點：湖南*長沙
主講專家
該課程講師，具有12年電磁工程仿真分析經驗，具備電磁熱等多物理場耦合仿真分析能力，一直對外提供技術咨詢服務，扎實的電磁和數值計算理論基礎；熟練掌握ANSYS EM、Workbench、Matlab等軟件，有變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等項目經驗。培訓40多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 ansys apdl 熱和電磁場分析案例 ￥15
三維電磁感應加熱---感應加熱的激勵源為365000HZ的交流電，線圈電流密度為2.04e8A/m^2，線圈和管子的幾何模型如下圖所示：
鋼球的淬火---淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后快速冷卻的一種熱處理工藝方法，下圖為鋼球溫度變化曲線：
二維靜態磁場分析---把螺線管制動器作為2D軸對稱模型進行分析，計算銜鐵部分螺線管制動器的運動部分)的受力情況和線圈電感。
ansys電磁場和熱分析教程
有需要的可以看看，個人覺得蠻好的
電磁場.zip
熱分析.rar
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值加載到固體溫度場仿真的邊界條件中，實現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，一個是驅動電機部分：包括定子鐵芯、定子繞組、永磁轉子以及定子外殼；另一個是血液流動區域：包括前后導輪及其導葉、旋轉葉輪、軸承以及泵殼。血泵結構如圖1所示。
圖1 軸流血泵整體結構
利用商用流體仿真軟件進行相關邊界條件的設定，主要包括材料屬性、湍流模型、進出口邊界條件、轉速以及對流換熱系數等，其中血泵各部分的材料特性參數如表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 鎳鉻電阻層熱-電-力多物理場耦合仿真 ￥500
這是由于熱導致的界面應力過 大引起的。電阻層一旦分離，其局部就會過熱，這又加速了電阻層的分離。最后，在 最糟糕的情況下，電路可能會過熱并燒壞。從這一角度而言，研究由于溫差以及電阻 層和基板的不同熱膨脹系數引起的界面張力也很重要。電阻層的幾何形狀是設計電路 正常工作的關鍵參數?？梢酝ㄟ^模擬電路來研究上述所有方面。
本案例基于一加熱電路模型，它由沉積在玻璃板上的電阻層組成，向電路施加電壓時，該電阻層產生焦耳熱。該電阻層的屬性決定了產生的熱量。模擬了加熱電路的焦耳熱分布以及熱膨脹變形，模擬結果如圖所示：
焦耳熱分布云圖
電熱板熱膨脹變形
感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流
展開 壓力容器內的熱-流多物理場耦合數值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一壓力容器，考慮了兩種計算工況：（1）全開A口，關閉B口，關閉C口；（2）全開A口和B口，開放C口，容器內的速度場、溫度場和壓力場的動態變化分布。仿真結果展示如下所示：</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?
展開 簡化呼吸道內濕-熱多物理場耦合仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一簡化呼吸道模型，如圖1所示，基于此模型，采用COMSOL軟件模擬了呼吸道內循環呼吸作用下通道內的溫度場以及濕度場的隨時間變化，仿真結果如圖2所示。
基于ANSYS的直流單芯海纜熱場分析
基于ANSYS的直流單芯海纜熱場分析
本文對海底電纜的熱場進行分析，通過ANSYS APDL建模分析，建立了二維模型，模擬了電纜的熱場分布。
1 序言
隨著海洋經濟的蓬勃發展，海底交聯聚乙烯（XLPE）電纜得到了廣大的推崇。海底電纜運行中導體溫度的準確測量涉及到輸電線路的安全可靠、經濟合理運行及海纜的壽命等問題。除此之外，隨著國際化商業合作的項目越來越多，許多在電纜在國外海域進行工程敷設時，尤其是在與眾多發達國家合作中，他們格外重視海纜正常運行時的發熱對海洋生物及環境的影響。所以，分析海纜及周圍環境的熱場分布，一方面，不僅可以避免導體溫度過高導致絕緣材料壽命縮短，還可以防止導體運行溫度過低帶來的載流量低效利用；另一方面，對國際海洋保護更是必不可少的重要組成部分，是海底電纜工程發展的必然趨勢。
注：本人對于ANSYS熱場分析目前處于入門階段，所分析的過程和結果不一定完全正確，如有錯誤之處，敬請各位前輩指點！
2 模型參數
本次我針對一款400kV 1600mm^2的單芯海纜，材料及結構從里到外分別是阻水導體、繞包導體屏蔽、擠包導體屏蔽、XLPE絕緣、絕緣屏蔽、半導電阻水層、鉛套、內護層、內襯層、光纜及填充層、綁扎層、鎧裝層、外被層。
海纜的敷設條件為，埋深3m，極間距20m。
海纜的實際模型如圖一，加上土壤之后的實際建模如圖二。
展開 基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
目前，隨著對產品的要求越來越多，單場載荷作用的響應，已經不能滿足工程需求，所以多場耦合計算是必不可缺的，基于ANSYS Workbench可以實現結構場，流場，溫度場，電場和磁場的耦合，具備解決復雜多場耦合的計算問題能力。本文主要探討基于ANSYS Workbench平臺的流-熱-固多場耦合的算法。
完全耦合
完全耦合算法，也稱為直接耦合算法。主要使用耦合場單元求解熱-固的耦合計算，該算法的基本思想是在一個單元節點上擁有三個方向節點變形+一個溫度自由度，共四個自由度，即{UX UY UZ T}，該方法主要解決熱-固強耦合的問題，例如摩擦生熱計算，塑性變形生熱，粘性生熱計算，這些問題中結構的變形與自身的溫度場之間是相互的影響的。如圖給出了SOLID226單元的示意圖，該單元的基本形狀為六面體，當然還有三種退化單元形狀，建議在計算中避免使用退化形狀，因為退化單元會降低求解精度。
圖1 SOLID226單元示意圖
圖2 基于耦合場單元的求解模塊
如圖2所示，給出了熱-固直接耦合的求解模塊，圖2中兩個模塊分別可以進行穩態和瞬態的熱-固直接耦合計算。
展開 Ansys高級應用分享-分解爐內熱流場分析
由于碳酸鈣分解需要消耗熱，因此爐內溫度比純煤粉燃燒燃燒時溫度低。
圖1 分解爐模擬示意圖
碳酸鈣分解速率的定義
碳酸鈣分解速率采用圖2所示的表達式，通過PT_REACTION子程序與主程序關聯（如圖2）。為了進行比較，計算考慮了如下兩種工況：
1）只考慮煤粉燃燒；
2）同時考慮煤粉燃燒及碳酸鈣分解。
圖2 碳酸鈣分解速率定義
計算結果
圖3 溫度場分布
圖4 二氧化碳濃度分布
圖3 給出了兩種工況下爐內的溫度場分布?？梢娂兠悍廴紵r下，爐出口平均溫度為1998K，考慮碳酸鈣分解后，爐出口溫度將為1340K。純煤粉燃燒情況下，爐出口CO2質量分數為14.2%，考慮碳酸鈣分解反應后，出口CO2質量分數上升為25.9%（圖4）。主要原因是碳酸鈣分解反應是吸熱反應，同時會生成一部分CO2。
圖5 CaCO3質量分數隨顆粒軌跡的變化
圖6 CaO質量分數隨顆粒軌跡的變化
圖7粒子溫度隨顆粒軌跡的變化
圖8沿爐高方向顆粒的分解率
圖5和圖6給出了顆粒中CaCO3和CaO質量分數沿顆粒軌跡的變化。隨著分解反應的進行，粒子中CaCO3質量分數逐漸降低，而生成物CaO的質量分數沿爐高逐漸增大。圖7給出了粒子溫度沿爐高的變化，可見，粒子溫度逐漸升高，在出口位置處，大部分粒子溫度在1240K左右。對于本案例的工況，碳酸鈣的分解率接近100%（如圖8）。
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電磁、熱仿真的看過來，六月精選三場線下課程培訓
精選三“Ansys Icepak電子設備熱仿真”專題課
課程背景
Icepak軟件由全球最優秀的計算流體力學軟件提供商Fluent公司專門為電子工程師開發的電子熱分析軟件。后被合并到Ansys平臺，專門增加了Electronics模塊，用于處理CAD幾何模型，簡化并轉換為Icepak接受的模型，通常稱為Ansys Icepak。Ansys Icepak軟件能夠處理非常復雜的圓柱、球形等其他異形CAD模型，由于可以劃分HD網格和非結構化網格，網格完全貼體，熱仿真的準確高。ICEPAK作為專業的熱分析軟件，可以解決各種級別的散熱問題：環境級：機房、外太空等環境級的熱分析；系統級：電子設備機箱、機柜等系統級的熱分析；板級：PCB板級的熱分析；元件級：電子模塊、散熱器、芯片封裝級的熱分析。為提高廣大工程師電子設備熱分析能力，特舉辦“Ansys Icepak電子設備熱分析”專題培訓。
本專題除Ansys Icepak熱分析相關知識外，還包括原Ansys軟件的穩態熱分析模塊Steady-State Thermal、瞬態熱分析模塊Transient Thermal、熱力多物理場耦合Static Structural（熱應力分析）的內容。
授課專家
高老師
中國電子科技集團公司某所高級工程師；
15年熱設計和結構設計工作經驗，熟練掌握Ansys 、Icepak、Flotherm軟件應用；
長期從事航空、航天、地面雷達及其他民用產品的設計仿真。尤其對風冷熱設計、液冷熱設計、熱管的熱設計有深入研究。
展開 使用多物理場仿真預測熱漂移，優化微波濾波器設計
然而，如果微波系統發生了熱漂移，濾波器的高頻穩定性將變得很差。為了解決這個問題，并改進濾波器的設計，系統工程師需要預測熱膨脹導致的通帶頻率的變化。多物理場仿真能夠幫助工程師順利完成這項任務。
改進微波發射器的設計
當設計微波發射器時，系統工程師必須保證輸出中沒有不需要的頻率。常用的解決方案是在發射器天線和非線性功率放大器之間放置一個微波濾波器。通過使用一個或多個窄帶濾波器對輸出進行處理，工程師可以將放大器產生的諧波消除。
微波發射塔。圖片由 Tom Page 拍攝。已獲 CC BY-SA 2.0 授權，并通過 Flickr Creative Commons 共享。
這種方案自身也存在問題。當發射器暴露在高功率載荷下和嚴酷的環境中時（比如暴露在極熱的沙漠中的蜂窩基站），可能產生熱漂移。
在沙漠暴曬等嚴酷的環境中，微波發射器內會發生熱漂移。圖片已獲 CC BY 4.0 授權，并通過 ESO/C. Malin 共享。
結構的熱膨脹會擾亂微波系統中濾波器的頻率響應。因此，為了設計可靠的濾波器，我們不但要進行精確的電磁分析，而且還要研究溫度上升引起的結構變形。本文的示例表明，我們可以借助 COMSOL Multiphysics? 軟件的“RF 模塊”和“結構力學模塊”實現上述操作。
微波濾波器中的熱效應建模
我們首先觀察一下模型：銅盒內是一根直立的圓柱體，銅盒表面鍍了一層可降低損耗的銀薄膜。圓柱體和銅盒之間的電磁空腔是充滿空氣的密閉空間。現實中的濾波器常常包含多個級聯空腔，不過我們模型僅重點分析一個空腔。
為了方便比較不同的設計對濾波器性能的影響，我們構建了兩個不同的模型：
只包含銅盒的設計
包含銅盒和鋼圓柱體的設計
微波腔體濾波器的幾何結構。
展開 多物理場仿真驗證創新模型，助力提升換熱器效率
第二步，基于下列參數指定頂壁變形：
時間
通道高度
通道長度
振蕩頻率
振蕩幅度
通道長度方向上的波數
如需了解動態壁換熱器的完整建模細節，歡迎訪問“案例下載”頁面，下載模型文檔和 MPH 文件。
為了模擬傳熱和振蕩，我們耦合了兩個內置特征。第一個是共軛傳熱 多物理場耦合特征，它可以計算換熱器和水之間的熱傳遞；第二個是移動網格 特征，它支持模擬壁面和通道的變形情況。
靜態與振動換熱器
最后，我們來查看換熱器的靜態分析結果。當頂壁保持平坦不動時，質量流率為 5.5 g/s時，換熱系數為 2900 W/m2。
靜態換熱器通道中的溫度曲線。
下一組是動態壁換熱器的瞬態分析結果。振蕩在大約 0.6 秒后進入偽周期狀態。進入此狀態后，平均質量流率達到 10.5 g/s，幾乎等于靜態條件下的兩倍。不出所料，換熱系數也變得更高：振蕩幅度為 90％ 時約等于 19,000 W/m2。
左：溫度和流率變化。右圖：動態壁換熱器通道中的溫度曲線。
利用仿真，工程師可以有效地分析與優化換熱器設計，從而獲得最高性能和效率。
來源：COMSOL
展開 基于Ansys WB耦合場瞬態模塊的熱-力耦合分析（案例：剎車盤）
基于Ansys WB耦合場瞬態模塊的熱-力耦合分析
1、引言
熱-力耦合分析根據其耦合的方式一般分為順序耦合和完全耦合；順序耦合是單向的，如已知溫度計算結構體的變形、應力、應變等；而完全耦合是雙向的，如剎車盤制動過程，盤片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導致盤片變形，變形的盤片進一步影響盤片和摩擦片的接觸關系，又進一步的影響摩擦生熱，即力→熱→力→......熱力雙向耦合。
隨著Workbench軟件的更新，再2020以后的版本中加入了耦合場分析模塊，無論是順序耦合和完全耦合，均不需要插入命令流，大大簡化了分析流程。本文采用耦合場瞬態模塊進行完全熱-力耦合分析。
圖1 WB耦合場模塊
2、三維模型搭建與網格劃分
利用solidworks對剎車盤進行三維模型的搭建，摩擦片距剎車盤預定距離為1mm，如圖2所示，導入Hypermesh中進行幾何清理（將小孔、窄邊等進行優化）和網格劃分，如圖3所示，值得注意的是WB對.inp格式（Abaqus）的網格兼容性較好，因此Hypermesh導出網格類型為Abaqus的.inp文件。在這里不再過多的介紹前處理部分，主要針對耦合場的搭建與分析。
圖2剎車盤三維模型
圖3 剎車盤網格劃分
3、耦合場分析搭建
從外部導入.inp網格文件，搭建分析流程，如圖4所示。
圖4 分析流程搭建
3.1 材料定義
材料屬性的定義，參考論文[1]所給出的參數，如下表所示。
對于熱力耦合分析，比熱容、線膨脹系數、熱傳導系數是三個必要的熱力學參數。
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