ansys準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度仿真的案例
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
對(duì)于流體在旋流分離器內(nèi)的仿真工作，要根據(jù)實(shí)體工件設(shè)計(jì)目的而分別對(duì)待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究?jī)?nèi)部流體所表現(xiàn)出來(lái)的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動(dòng)”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(dá)到穩(wěn)定的“常態(tài)”之后所表現(xiàn)出來(lái)的物理特性。不考慮流體達(dá)到穩(wěn)定之前的過(guò)程，即與時(shí)間無(wú)關(guān)。如上圖，旋流分離器內(nèi)的流體是穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，無(wú)論何時(shí)，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(dòng)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(gè)（注意，此粒子有具體質(zhì)量（密度&體積），與“流線”中無(wú)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(dòng)”過(guò)程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時(shí)產(chǎn)生變化（注意，“隨時(shí)”兩個(gè)字），時(shí)間延長(zhǎng)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(yuǎn)達(dá)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(shí)間節(jié)點(diǎn)上的仿真，其仿真結(jié)果第一要素是時(shí)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(jì)30個(gè)結(jié)果連續(xù)在一起，形成時(shí)間連續(xù)的動(dòng)畫，如上圖，就是30個(gè)粒子瞬態(tài)仿真結(jié)果。
那么，請(qǐng)問(wèn)，如果我想獲得一個(gè)表達(dá)3秒種的，相對(duì)質(zhì)量高的動(dòng)畫，應(yīng)該如何調(diào)整瞬態(tài)仿真呢？
播放時(shí)長(zhǎng)=仿真時(shí)長(zhǎng)，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(gè)籠包飽了。想起一件事，一個(gè)朋友說(shuō)，能否在穩(wěn)態(tài)下仿真粒子的運(yùn)動(dòng)呢？手拿第六個(gè)籠包糾結(jié)了。五個(gè)籠包填飲肚皮，是我飯量的穩(wěn)定狀態(tài)。
展開 有償流體仿真：35℃/60℃恒溫源給30平房子供暖穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)對(duì)比
歡迎ansys/comsol/matlab的大佬嘗試：（有償任務(wù)，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(zhǎng)高5m*6m*3m；一面有窗：寬高2m*1.5m。100w電熱膜(35℃恒溫源)：寬長(zhǎng)0.3m*5m；200w電熱膜(60℃恒溫源)：寬長(zhǎng)0.3m*5m；
2.鋪設(shè)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(dǎo)熱系數(shù)/熱流密度可設(shè)一個(gè)恰當(dāng)?shù)墓乐担姛崮は碌钠矫嬖O(shè)成絕熱；室內(nèi)無(wú)通風(fēng)，主導(dǎo)氣流是溫差引起的自然對(duì)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(dǎo)熱系數(shù)可設(shè)一個(gè)合適的估值，其他面絕熱；
需要的結(jié)果：穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度場(chǎng)
(注：以上仿真約束條件可能不全)
展開 AnsysWB-IGBT芯片穩(wěn)態(tài)熱仿真 ￥30
絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導(dǎo)通強(qiáng)電流，同時(shí)快速切換兩種模式，成為大功率系統(tǒng)的熱門選擇。
該模塊由多個(gè)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(chǎn)生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對(duì)恒定的速率散熱，但模塊的開關(guān)以及隨后電流密度和熱源的增減會(huì)導(dǎo)致模塊以循環(huán)的方式加熱和冷卻。這種反復(fù)的熱膨脹和機(jī)械變形會(huì)導(dǎo)致機(jī)械疲勞[1]，特別是在鍵合線和芯片金屬化層之間的連接點(diǎn)處。
Ansys Lumerical | 光纖布拉格光柵溫度傳感器的仿真模擬
步驟2:EME-計(jì)算光柵的溫度相關(guān)透射/反射響應(yīng)
我們分析了光柵在多個(gè)周期內(nèi)的透射/反射值，模擬區(qū)域中只包括光柵的單個(gè)周期，但通過(guò)使用“周期性”和“波長(zhǎng)掃描”特征可以獲得長(zhǎng)光柵的寬帶響應(yīng)。然后，我們掃描溫度，并將傳輸/反射響應(yīng)導(dǎo)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(zhǎng)與溫度的關(guān)系如圖顯示，相對(duì)于室溫下的值，其在1.000攝氏度時(shí)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(xiàn)中缺乏有關(guān)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(lái)自材料參數(shù)的差異，而參考文獻(xiàn)中并未完全提供這些參數(shù)。
該腳本還提取與溫度相關(guān)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(jìn)行 interconnect 電路模擬。
步驟3：INTERCONNECT-光子電路模擬
使用光學(xué)時(shí)間調(diào)制 S 參數(shù)元件將與溫度相關(guān)的S參數(shù)導(dǎo)入 INTERCONNECT，用于模擬 FBG 溫度傳感器。我們掃描溫度并測(cè)量傳感器在不同溫度下的反射光譜。當(dāng)需要附加 PIC 元件對(duì) FBG 的整體性能的影響時(shí)，該電路模型仿真是有用的。
FBG 溫度的電路模擬需要三個(gè)要素：
1、光網(wǎng)絡(luò)分析儀（ONA），既可作為光源又可作為檢測(cè)器。
2、代表 FBG 溫度傳感器的光學(xué)時(shí)變 S 參數(shù)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(shè)計(jì)。按下運(yùn)行按鈕，模擬將計(jì)算溫度傳感器在25°C室溫下的反射光譜。
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基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場(chǎng)仿真案例
軸承和軸在仿真中的意義也不明顯，因此我們都予以簡(jiǎn)化。
分析傳熱模型，齒輪摩擦生熱是熱源，這些熱量通過(guò)幾種方式傳播：
1.熱傳導(dǎo)——從齒緣往齒輪中心傳導(dǎo)
2.熱對(duì)流——齒輪和潤(rùn)滑油，潤(rùn)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(zhì)，必須在模型中考慮進(jìn)去（事實(shí)上這部分傳熱達(dá)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(guò)程，要使用動(dòng)網(wǎng)格模型；要模擬傳熱過(guò)程，利用fluent內(nèi)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(guó)學(xué)者，Guillaume Houzeaux對(duì)齒輪泵進(jìn)行了仿真，并且關(guān)注局部網(wǎng)格，這可能是最早對(duì)齒輪+流體進(jìn)行仿真；而F.Lemfeld率先采用兩相流模型捕捉了齒輪箱內(nèi)的流體瞬態(tài)變化情況，但他在網(wǎng)格方面的處理比較簡(jiǎn)單，對(duì)齒輪齒形進(jìn)行了切除，同時(shí)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(shuō)了這么多廢話，現(xiàn)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(wǎng)格劃分工具。后面與fluent共享結(jié)果的是穩(wěn)態(tài)熱分析模塊，以及靜力結(jié)構(gòu)模塊，用來(lái)分析熱應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，如用來(lái)分析熱變形，限于篇幅本例不涉及。本例實(shí)際流程可以簡(jiǎn)化如下，我個(gè)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(jiǎn)化與網(wǎng)格劃分
由于復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)會(huì)增加網(wǎng)格劃分的難度，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)目的無(wú)謂增加，加大計(jì)算量，因此對(duì)齒輪減速器三維模型進(jìn)行簡(jiǎn)化：殼體的凸臺(tái)、通孔、墊圈等予以去除；統(tǒng)一壁面厚度；滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)在對(duì)應(yīng)位置采取同心圓環(huán)來(lái)表示，方便施加熱流。這里的模型簡(jiǎn)化工作是用SpaceClaim做的。
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