ansys 熱模擬案例的案例
基于ANSYS WORKBENCH的結構熱耦合分析之摩擦生熱案例（附：源文件和視頻教程）
關注微信公眾號:ANSYS有限元仿真（ID:ANSYS-FEM）查看本期案例的微信推送文章（文末附本期案例的仿真源文件和視頻教程的獲取方式)
lammps案例：石墨烯熱導率模擬計算（EMD方法)
在前面的文章中，介紹了非平衡態下石墨烯的熱導率模擬方法，本文介紹第二種熱導率模擬方法：使用平衡態分子動力學（EMD）計算熱導率。
本文仍然以石墨烯熱導率計算為例，以供大家對比參考。
在平衡態下計算熱導率，主要計算公式為Green-Kubo。
用到的主要命令為compute heat/flux。
用法為：
compute myFlux all heat/flux myKE myPE myStress
其中，myKE為原子動能，myPE為原子勢能，myStress為原子應力。
在使用compute heat/flux命令前，必須提前計算出這三個量的值。
下面給出石墨烯EMD熱導模擬代碼，代碼已經注釋。data文件可自己建模，也可加微信sunnyfirst888聯系獲取。
熱導率具體計算方法在集訓營會有詳細介紹，如有需要可微信聯系。
案例代碼
本文作者小馬老師正式推出一對一咨詢輔導服務，根據課題方向不同詳細講解對應的in文件編寫方法、模擬關鍵技術、數據后處理，經一對一咨詢輔導后能夠獨立編寫出in文件。
公眾號:
320科技工作室
展開 Ansys 案例研究 | 太陽能電池板熱吸收仿真分析
<< 觀看案例視頻教程 >>
Ansys 案例研究 | 茶壺的熱分析
<h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color: rgb(255, 192, 0);">概述</strong></h2><p>在本例中，我們將對茶壺進行熱分析，展示鋼材料和瓷材料在穩態及瞬態分析中的溫度分布情況。</p><h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color: rgb(255, 192, 0);">目標</strong></h2><p>對鋼制和瓷制茶壺進行穩態與瞬態熱分析。</p><h2><strong style="color: rgb(255, 255, 255); background-color: rgb(255, 192, 0);">建模步驟</strong></h2><p>打開 Ansys Workbench，創建"穩態熱分析系統"（Steady State Thermal System）。</p><p><br></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">為部件定義材料屬性。此處僅使用鋼和瓷進行演示，但應使用正確的材料屬性。</span></p><p><br></p><p>導入模型，并抑制一半的對稱部分。抑制后半部分模型如圖 1 所示。
展開 
Ansys Icepak電子器件關鍵熱仿真流程及案例
通過莎益博統計的客戶經驗，溫度產生的議題如下:
大量使用的半導體器件和微電路,故障率隨溫度的增加而指數地上升
許多電子器件的性能表現與溫升速度直接相關，溫度升高，效能直接下降
通過計算機來解流動、傳熱等方程可獲得流場與溫度數據等信息，實現了成本低、速度周期快，且模擬結果與實驗設計可以非常地吻合；今許多產品皆已導入仿真工具做為開發的手段之一。
莎益博利用Ansys Icepak協助工業客戶處理了各式各樣的散熱設計問題，尺度范疇小如芯片，到PCB組件、電子器件模塊，大如整機系統、服務器機房/機柜等，都是Ansys Icepak可以計算的范圍。
2
常規所遇的熱仿真設計重點
幾何模型處理及導入(Ansys Spaceclaim)
熱及流理論計算
－導熱 (傳導熱，包含通過PCB組件及Trace的能量)
－對流 (自然對流/強制對流，包含風扇處理)
－輻射 (吸收/散射/放射/反射/穿透，包含太陽輻射效應)
散熱常用模塊
－熱管
－風扇
－散熱器
Ansys Icepak方案可將上述因素全部納入仿真的范圍中。
特別是越來越多問題涉及到必須考慮電路圖Trace的影響，藉由真實電路圖可計算精確地覆銅率、導熱率及導電系數。導入的Trace模型包含過孔信息，可讓散熱通道的仿真更細致，結果更為精確。
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。
風冷環控（強迫風冷）機箱熱模擬計算案例（Icepak）
本文以傳統強迫風冷機箱為例，從對模型的處理、邊界條件的設定到模擬計算的后處理，進行整個計算的全流程示例，讓讀者對整個機箱計算的方式實現整體的了解。
1.三維模型的導入
熱設計的模型設計輸入一般的來源于結構工程師，根據結構設計模型以及邊界條件，開展熱仿真計算。打開Ansys Workbench 平臺，建立Geometry 單元，打開Workbench 的模型處理模塊DM，后導入機箱模型，如下圖1所示。
讀取的模型文件對于icepak熱計算一般的不可以直接識別使用，通過DM模塊中的工具將CAD三維模型轉化為可供icepak識別的類型。Electronics工具提供了可供對CAD模型轉化為icepak可識別類型的方式，并可選擇性的在窗口中顯示。通過左側零件樹中各個零件的顯示狀態，同樣可判斷CAD三維模型的轉化情況。本例通過轉化工具，對三維模型中的發熱器件、PCB板、散熱器、機箱外殼等均進行了轉化。
2.邊界條件的設定、畫網格
在Workbench界添加Icepak模塊，共享Geometry數據，打開Icepak后首先建立發熱器件的新材料，本例設定材料為固體材料且導熱系數為12W/mk；
同時，設定PCB板參數，PCB板的設定，Icepak提供了兩種參數輸入方式：第一種是僅設定三層參數（第一層、最底層、中間層），通過對三層的厚度、含銅率、材料等參數設定，獲得板子的切向及法向熱導率；第二種是詳細設定，對PCB板各個鋪層的厚度、含銅率、材料等參數設定，獲得板子的切向及法向熱導率，設定更加的準確精細。如圖下圖所示。
器件熱耗輸入，通過對各個發熱器件的編輯，可獲得整個機箱發熱器件的熱量統計。
同時，使用外殼開口模擬強迫風冷，設定進風口風速為1m/s。
展開 ANSYS Fluent案例解析_共軛換熱
◆流體求解器能夠求解流體對流、傳導、輻射傳熱，對于固體傳熱計算，只能求解熱傳導方程。
問：為什么使用CHT？
◆如果只關心流體區域與固體壁面之間的傳熱，不涉及固體壁面內的導熱，這僅是一個對流換熱問題，不涉及耦合換熱。
◆當我們對流體域中含有固體材料的溫度分布感興趣時，可以使用conjugate heat transfer（CHT）進行數值模擬。
ANSYS WORKBENCH 穩態熱傳導分析案例
本案例主要介紹ANSYS Workbench18.0的穩態熱分析模塊，計算實體模型的穩態溫度分布及熱流密度。
學習目標：
熟練掌握ANSYS Workbench18.0的建模方法及穩態熱學分析的方法及過程。
題設案例：
圓柱形實體模型，實體一端面溫度為500℃，另一端面溫度是22℃，請用ANSYS Workbench分析計算內部的溫度場云圖。
1、啟動Workbench18.0并建立分析項目
選擇主界面“Toolbox（工具箱）”中的“Component Systems”—“Geometry（幾何）”命令，即可在“Project Schematic（項目管理區）”創建分析項目；
2、導入幾何模型
右擊Geometry，在彈出的快捷菜單中選擇“Import Geometry”—“Browse”命令，選擇需要打開的模型源文件，打開即可；
3、創建分析項目
選擇“Toolbox（工具箱）”—“Analysis Systems”命令中的“Steady-State Thermal（穩態熱分析）”，并直接拖拽到項目欄的“Geometry”項中，實現項目數據共享。
4、添加材料庫
（1）雙擊項目B中B2欄的“Engineering Data”，進入材料參數設置界面；
5、添加模型材料
（1）雙擊B4欄的“Model”項，進入下圖所示的Mechanical界面。
展開 Ansys 案例研究 | 筆記本電腦穩態熱分析
演示了對筆記本電腦進行穩態熱分析的流程。其中涵蓋了對流、溫度相關導熱系數、接觸熱導以及內部熱源的使用方法。
ANSYS Workbench穩態熱輻射分析案例
熱輻射
一、熱輻射特性
1、輻射熱傳遞是通過電磁波傳遞熱能的方法。熱輻射的電磁波波長為0.1~100um。這包括超微波，所有可以用肉眼看到的波長和長波；
2、不像其他熱傳遞方式需要介質，輻射在真空中（如外層空間）效率最高；
3、對于半透明體（如玻璃），輻射是三維實體現象，因為輻射從體中發散出；
4、對于不透明體，輻射主要是平面現象，因為幾乎所有內部輻射都被實體吸收了。
5、兩平面間的輻射熱傳遞與他們平面絕對溫度差的四次方成正比，因此，輻射分析是非線性的，需要迭代求解；
二、ANSYS中熱輻射的處理方法
1、ANSYS中關于輻射的重要假設
（1）ANSYS認為輻射是平面現象，因此適合用不透明平面建模；
（2）ANSYS不直接計入平面反射率。考慮到效率，假設平面吸收率和發射率相等。因此，只有發射率特性需要在ANSYS輻射分析中定義。
（3）ANSYS不自動計入發射率的方向特性，也不允許發射率定義隨波長變化。發射率可以在某些單元中定義為溫度的函數。
（4）ANSYS中所有分隔輻射面的介質在計算輻射能量交換時都看作是不參與輻射的能量交換（不吸收也不發射能量）。
2、ANSYS求解方法
ANSYS使用一個簡單的過程求解多個平面輻射問題，矩陣形式如下：
[K’]{T}={Q}
其中，[K’]是的T3函數。
生成多平面問題系統的矩陣要比前面列出的簡單因子近似方法復雜。輻射是高度非線性分析，需要使用牛頓-拉夫森迭代求解。
穩態熱輻射分析案例
1.案例介紹
一個螺旋金屬棒內側有個圓柱結構，利用Workbench平臺中的APDL熱輻射命令，分析當螺旋金屬棒有0.5w/m3的損耗密度時，整體結構的熱分布。
展開 
Ansys 案例研究 | 瞬態熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應力生成
過高的溫度或頻繁的溫度波動會引發材料老化、信號失真，并因材料間熱膨脹系數不匹配而產生熱應力，最終導致焊點開裂、器件失效等故障。因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態熱力耦合分析，即先分析動態溫度場，再計算由此產生的熱應力。
目標
通過高保真建模仿真，系統觀察并量化印刷電路板（PCB）上關鍵元器件在瞬態熱載荷作用下的力學響應與應力表現。
方法闡述
本研究采用瞬態熱-力順序耦合仿真方法。首先，基于元件的真實功耗曲線與環境邊界條件，進行高精度瞬態熱分析，獲取從啟動、負載變動到穩態的全過程溫度場時序數據。隨后，將該瞬態溫度場作為體載荷映射至結構模型，通過有限元分析求解其引發的熱應力與應變場。
仿真步驟
1.打開 ANSYS Workbench，創建“瞬態熱力學系統（Transient Thermal System）”。
2.關聯結構分析，將“瞬態結構系統（Transient Structural System）”拖拽至瞬態熱力學系統的求解（Solution）單元格上，實現兩個分析系統間四個單元的共享。
3.定義部件的材料屬性，此處示例使用的是鋼，實際應用中應需根據真實材料設置參數。
4.導入模型，其效果如圖所示。
5.分配材料至幾何體。
6.在模型上施加相關的熱邊界條件，如圖 2 所示。
7.求解該模型，然后將本次分析結束時刻或每個時間步的溫度作為初始體溫度輸入到瞬態結構分析中（如圖 3 所示）。用戶可以從瞬態熱分析的溫度圖表中復制并粘貼源時間（Source Time）和分析時間（Analysis Time）的數據。
展開 Ansys 案例研究 | 保齡球撞擊模擬
本視頻演示了使用一個保齡球碰撞示例來說明接觸的概念。
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。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環路熱管相變換熱模擬，實現微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
未考慮與外界環境的換熱。
(a)各測點對應關系 (b)各測點截面內的流體平均溫度
【整機仿真】
環路熱管的整個系統仿真結果如下，整機仿真結果顯示，隨著熱流密度的增高，冷凝器中的液體體積先減后增。
方案優勢
針對環路熱管的計算，方案的主要特色與優勢如下：
軟件具備氣液兩相模型，可模擬微納米尺度如空隙尺度的多孔介質、微納結構等吸液芯的毛細潤濕和蒸發過程；可以考慮并預測毛細能力及蒸發換熱性能。
支持在微通道納米尺度中計算兩相相變，可用于表面凝結和核態沸騰的相變過程計算，以及計算在相變過程中的換熱情況。
支持Lee模型與RPI壁面沸騰模型，可根據此對池沸騰及大空間冷凝相變進行數值模擬。
在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發相變，觸發熱虹吸效應，進而研究熱邊界及固體結構對虹吸過程流量、流速的影響。
可根據計算的兩相流動狀態自動切換所采用的兩相流模型，適用的多相流典型形態包括界面流、離散相以及混合流，在實際多相流問題中，這三種多相流問題存在空間和時間上變化的可能，軟件根據兩相之間的存在狀態可以自動采用不同的多相流模型，提升計算準確性。
利用高精度的界面捕捉技術進行數值仿真計算，可以計算不同毛細數(capillary number)對微通道內氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質量移動的馬蘭戈尼效應。
3. 成果及效益
通過使用軟件對環路熱管進行相變換熱仿真，其蒸發器和冷凝器的溫度變化與試驗結果趨勢一致，其中蒸發器的壁溫與試驗值偏差基本控制在1.5℃以內。
展開 