ansys準穩態溫度仿真
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys準穩態溫度仿真的視頻教程
增材仿真+生死單元+ansys apdl+熱力耦合+溫度場+應力場
介紹：運用ANSYS二次開發 APDL語言編輯出參數化程序來建立模型、控制和劃分網格、 定義材料參數、施加載荷與邊界條件、分析控制以及求解等完成有限元分析全部過程。在模擬成型過程中，通過改變溫度載荷的位置來模擬噴嘴的掃描移動，利用生死單元循環算法技術控制單元“生死”的激活來模擬材料的堆積增加，通過控制單元激活的時間間隔控制成型速度
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ansys準穩態溫度仿真的實例教程
歡迎ansys/comsol/matlab的大佬嘗試：（有償任務，有意者可加微信詳談。VX：Heaven_hw_m 賀先生）
1.模型尺寸：房間：寬長高5m*6m*3m；一面有窗：寬高2m*1.5m。100w電熱膜(35℃恒溫源)：寬長0.3m*5m；200w電熱膜(60℃恒溫源)：寬長0.3m*5m；
2.鋪設情況和需求(冬季)：100w電熱膜，用20片滿鋪在這30平房間里；200w電熱膜，用10片均勻間鋪在這30平房間里；電熱膜上面鋪5公分厚的材料(模擬水泥漿和瓷磚等材料)，導熱系數/熱流密度可設一個恰當的估值，電熱膜下的平面設成絕熱；室內無通風，主導氣流是溫差引起的自然對流，考慮浮升力影響；帶窗戶那一面外墻定合適的外壁溫，窗戶材料的導熱系數可設一個合適的估值，其他面絕熱；
需要的結果：穩態時的溫度場
(注：以上仿真約束條件可能不全)
展開 對于流體在旋流分離器內的仿真工作，要根據實體工件設計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內部流體所表現出來的速度、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”。使用穩態較合適，穩態模式主要研究流體達到穩定的“常態”之后所表現出來的物理特性。不考慮流體達到穩定之前的過程，即與時間無關。如上圖，旋流分離器內的流體是穩定的流動狀態，無論何時，狀態一致。
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，此粒子有具體質量（密度&體積），與“流線”中無質量的“粒子”有本質的區別）。穩態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的穩定。所以仿真模式必須使用瞬態。瞬態仿真是建立在時間節點上的仿真，其仿真結果第一要素是時間。
瞬態仿真結果，假設，自0開始，第0.1秒結果、第0.2秒結果，第0.3秒結果... ..第1秒......第3秒，共計30個結果連續在一起，形成時間連續的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態仿真結果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達3秒種的，相對質量高的動畫，應該如何調整瞬態仿真呢？
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，能否在穩態下仿真粒子的運動呢？手拿第六個籠包糾結了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩定狀態。
展開 絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導通強電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關以及隨后電流密度和熱源的增減會導致模塊以循環的方式加熱和冷卻。這種反復的熱膨脹和機械變形會導致機械疲勞[1]，特別是在鍵合線和芯片金屬化層之間的連接點處。
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的透射/反射值，模擬區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，S參數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/℃）與公布的結果(7.2 pm/℃)存在差異。這種差異可能主要來自材料參數的差異，而參考文獻中并未完全提供這些參數。
該腳本還提取與溫度相關的S參數，并將其保存為S參數文件格式（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
使用光學時間調制 S 參數元件將與溫度相關的S參數導入 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、光網絡分析儀（ONA），既可作為光源又可作為檢測器。
2、代表 FBG 溫度傳感器的光學時變 S 參數元件。
3、用作溫度控制器并連接到 FBG 溫度傳感器元件的直流電源。
下圖為電路仿真的原理圖設計。按下運行按鈕，模擬將計算溫度傳感器在25°C室溫下的反射光譜。
展開 軸承和軸在仿真中的意義也不明顯，因此我們都予以簡化。
分析傳熱模型，齒輪摩擦生熱是熱源，這些熱量通過幾種方式傳播：
1.熱傳導——從齒緣往齒輪中心傳導
2.熱對流——齒輪和潤滑油，潤滑油和空氣，又稱為共軛傳熱
3.熱輻射——溫度不高，輻射量小可忽略
因此，滑油和空氣是傳熱的介質，必須在模型中考慮進去（事實上這部分傳熱達到91%）。滑油和空氣是兩相，因此要使用到fluent的多相流模型；要模擬甩油過程，要使用動網格模型；要模擬傳熱過程，利用fluent內建的傳熱模型。這三者是本案例的核心。
這里不得不提到兩位外國學者，Guillaume Houzeaux對齒輪泵進行了仿真，并且關注局部網格，這可能是最早對齒輪+流體進行仿真；而F.Lemfeld率先采用兩相流模型捕捉了齒輪箱內的流體瞬態變化情況，但他在網格方面的處理比較簡單，對齒輪齒形進行了切除，同時使用一定的壁面粗糙度值模擬齒形的存在，使齒輪能夠甩油。
說了這么多廢話，現在回到主題。
圖3 流固熱耦合仿真流程
本例需要用到的模塊包括fluent模塊，其中又集成了ansys自帶的幾何處理與網格劃分工具。后面與fluent共享結果的是穩態熱分析模塊，以及靜力結構模塊，用來分析熱應力對結構的影響，如用來分析熱變形，限于篇幅本例不涉及。本例實際流程可以簡化如下，我個人喜歡拆分不同的模塊，這樣方便“故障隔離”:
圖4 流體仿真流程
一、模型簡化與網格劃分
由于復雜的三維結構會增加網格劃分的難度，會導致網格數目的無謂增加，加大計算量，因此對齒輪減速器三維模型進行簡化：殼體的凸臺、通孔、墊圈等予以去除；統一壁面厚度；滾動軸承結構在對應位置采取同心圓環來表示，方便施加熱流。這里的模型簡化工作是用SpaceClaim做的。
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絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導通強電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關以及隨后電流密度和熱源的增減會導致模塊以循環的方式加熱和冷卻。這種反復的熱膨脹和機械變形會導致機械疲勞[1]，
說明
該示例演示了一種基于光纖布拉格光柵（FBG）的溫度傳感器，因為光纖折射率會隨溫度而變化，導致其布拉格波長發生偏移，所以可以被用作溫度的測量。（聯系我們獲取文章附件）
綜述
在本示例中要考慮的光纖布拉格光柵（FBG）由具有交替折射率和恒定周期性的纖芯制成。眾所周知，沿著光纖主軸的折射率變化可以在布拉格波長（λ_Bragg）下引起反向傳播模式的耦合
旋流分離器，普遍使用在各行業各領域。對于流體在旋流分離器內的仿真工作，要根據實體工件設計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內部流體所表現出來的速度、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”。使用穩態較合適，穩態模式主要研究流體達到穩定的“常態”之后所表現出來的物理特性。不考慮流體達到穩定之前的過程，即與時間無關。如上圖，
歡迎ansys/comsol/matlab的大佬嘗試：（有償任務，有意者可加微信詳談。VX：Heaven_hw_m 賀先生）
1.模型尺寸：房間：寬長高5m*6m*3m；一面有窗：寬高2m*1.5m。100w電熱膜(35℃恒溫源)：寬長0.3m*5m；200w電熱膜(60℃恒溫源)：寬長0.3m*5m；
2.鋪設情況和需求(冬季)：100w電熱膜，用20片滿鋪在這30平房間里；200w電熱膜
簡介：
今天為大家帶來齒輪箱瞬態溫度場仿真的原創案例。限于篇幅，這個帖子不像之前一樣把所有設置一步步貼圖，因此只給出關鍵圖，設置全部給出了表格形式。圖1和圖23是動圖，但是好像帖子里動不起來，可以點擊我的頭像——作品展示里有動態圖。
圖1 齒輪箱甩油潤滑
齒輪減速結構是機械傳動中最常見的形式，如下圖。
圖2 齒輪箱結構
由于齒輪之間存在摩擦
