熱流仿真的案例
用在投影機之CFD熱流仿真與分析軟件介紹
以筆者使用過的三種仿真分析軟件為例：Flowtherm，I-Deas，StarCD，其各有特色，在業界則以Flowtherm使用者較多，而-deas由于具有可以處理熱輻射的TMG模塊，近年來在投影機廠商中使用的比例也愈來愈多。
另外，Icepak是近年來另一個興起的熱門軟件，因為筆者未用過，因此，在此不做評論。
其實可以作為熱流仿真與分析的軟件很多，但是在工業界使用時，其實最大的考量便是便利性，分析軟件若是可以與CAD機構設計軟件互相搭配，則能節省不少寶貴的時間，直接從機構設計人員手中接過設計圖，便可以進行模擬分析，不但可以節省模擬分析的人重新繪圖時間，也可以立即將修正后的結果回饋給機構設計人員進行修圖，節省熱流模擬的時間。以筆者的經驗來說，I-Deas是最能符合此項要求的仿真分析軟件。
熱流分析軟件的比較
主要特色
優點
缺點
Flowtherm
1 .利用計算流體力學CFD技術的電子熱傳分析軟件
2. 可同時分析熱傳導、熱對流及熱輻射三者效應共存的問題。
簡單、簡單易學，容易上手，若針對電子熱傳，可以得到相當不錯的結果！
格點數目太多，無法分析不規則形狀或曲面。
不能o在Windws 2000下使用
I-Deas
1. 使用Finite-Elements Model
2. 有ESC與TMG模塊可以分析電子熱傳與熱輻射
1. 有自己的CAD的機構設計環境，功能模塊完全。
2. 可將Pro/E或是ANSYS的圖文件讀入，對于數據轉換很方便
在熱輻射的分析中有TMG模塊可以使用，但是對于view factor的條件設定必須要有經驗，否則容易算出不合理的答案。
StarCD
1. 使用CFD的技術所開發的熱流軟件。
展開 某水冷板熱流仿真—CAD模型修復導入教程
圖18 冷板的熱流后處理
注：本文來源于仿真秀，版權歸作者所有，旨在分享。
電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
如果變壓器繞組熱點溫升過高則可能發生局部過熱，影響變壓器的運行穩定性和服役壽命。絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產生的機械、絕緣等性能改變是一個不可逆過程，對其開展仿真研究對于變壓器運行維護具有重要的指導意義。
重慶大學的技術團隊經過多年積累，在高壓設備和絕緣技術方面積累了深厚的經驗。他們利用Simdroid對電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡化，在精確反映物理場景的前提下節省了計算資源，提高了計算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結構基礎上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動速度從而增強繞組散熱的效果，并在此基礎上開展熱老化評估。
在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型
借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯合仿真計算，在電力變壓器模型中實現對含有復雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網格自動優化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細節；在溫度結果中，可以查看變壓器內部整體溫度分布，從中了解熱點位置和發熱情況。
Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖
Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩態溫度分布
電力變壓器流熱耦合仿真的結果在工程實踐中有兩個主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實際監測溫度，工程師可結合仿真在正常工況時實時掌握變壓器的運行情況，在非正常工況時做出預警或檢修等判斷；二是開展設備部件運行性能參數的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。
展開 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 
comsol熱流仿真分析服務
985碩士研究生畢業，主要從事comsol數值仿真工作，研究方向包括：多孔介質傳熱、裂隙巖體滲流傳熱、固體傳熱、湍流傳熱、非等溫管道流傳熱、熱固耦合等方向。可提供模型調試，咨詢，論文指導，論文寫作等服務。
航空發動機整機流固熱耦合仿真
隨著計算流體力學的發展以及計算性能的提升，對航空發動機整機仿真成為了可能，本教程對KJ66航空發動機進行整機仿真，整機仿真結合氣動、傳熱、燃燒、多相流、固體應力，將航空發動機從冷態計算至熱態，即仿真始于冷態，終于熱態。
KJ66航空發動機幾何模型如圖，對航空發動機氣熱彈耦合仿真，計算采用穩態，氣動的計算采用求解粘性N-S方程的方法，燃油的噴射計算采用拉格朗日多相流，燃燒的計算采用有限速率的渦耗散模型，流體與結構的相互作用(FSI)采用雙向耦合的方式。
流體結構相互作用 (FSI)是指一種耦合的表面問題，其中流體模型的狀態取決于結構模型的狀態，反之亦然。這種相互關系可以是對稱或非對稱的。非對稱問題通常指單向耦合問題，表示其中一個模型是獨立的，另一個模型則具有關聯性。
流體結構相互作用(FSI)耦合交界面處的對應流體和固體移動時運動學特性（位置、速度和加速度）相同，受到的力也相同。
從流體傳遞到固體的信息是流體拉力，它由流體壓力和壁面剪切應力組成的。此傳遞發生在耦合壁面邊界流體-結構交界面）上。
從固體傳遞到流體的信息是固體的變形，尤其是流體-結構交界面的變形。
一般情況下，FSI模擬在運動學和力方面保持一致，稱為雙向耦合，在STAR-CCM+中，雙向耦合FSI問題是指從流體到固體和從固體到流體的交換的綜合采用并行求解方法。
進行航空發動機整機氣熱彈耦合仿真的STAR-CCM+版本為STAR-CCM+ 2206.
將航空發動機整機從冷態模型計算至熱態模型后發動機伸長約1mm。
詳細計算結果如下：
速度
溫度
溫度
位移
固體應力
文章來源：STAR CCM仿真學堂
展開 紅外加熱爐冷卻通道設計及熱-流耦合仿真 ￥1000
紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術進行加熱的熱處理設備。它通過將電能轉化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉化為熱能，而無需通過傳導或對流來傳遞熱量。當物體暴露在紅外輻射源附近時，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內部溫度升高。
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關模塊，仿真了爐內物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結果如下所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
仿真咨詢實戰：熱流固耦合分析
TASK
熱流固耦合分析中包括沸騰模型修正、接觸熱阻 計算和位移的傅立葉分解這三項功能。由于模型中部分區域發生了沸騰，非沸騰態下的換熱公式不再適用于計算沸騰態下的換熱量，因此需要對模型的換熱系數進行修正；接觸熱阻程序實現的功能是根據接觸面之間的實際接觸面積、接觸表面的材料、接觸面間隙中介質的導熱系數和接觸面的壓力計算接觸面的接觸熱阻；對于已知的位移結果，可以在二維坐標系下可以將該平面內的位移進行傅立葉分解，展開成多階傅立葉級數。
SOLUTION
主要技術挑戰：
沸騰修正涉及結構模型和流體模型之間網格的插值和數據傳遞；
接觸熱阻公式較復雜，涉及物理量較多；
位移傅立葉分解計算較復雜；
解決方案：
開發沸騰修正模板，實現插值和模型修正功能；
開發接觸熱阻模板，實現熱阻公式的計算；
開發位移傅立葉分解模板，實現位移的傅立葉分解，并合并各階結果；
提供豐富的參數輸入和輸出界面；
結論：
形成了完整的熱流固耦合分析模板；
模板包括了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解功能。
Customer Benefit
熱流固耦合分析模板搭建的流程包含了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解的功能，已經直接集成在柴油發動機仿真分析模板系統中，成為了柴油機整體仿真方案的一部分。
本文來自安世亞太微信公號，如果您對耦合分析有需求或感興趣，歡迎聯系溝通：
400-6600-388
展開 壓力容器內的熱-流多物理場耦合數值仿真 ￥1000
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 變流器整機熱設計仿真案例
d) 整個機柜內的重要器件布局為；并網柜上部為水風換熱器，之后依次往下為網側主接觸器、框架斷路器、濾波電容、電阻、小接觸器、熔斷、最后為50KVA變壓器。
e) 在功率中，左側功率柜器件擺放為：上端為UPS和UPS供電電源，右側為卸荷組件，往下依次為功率單元、傳感器、水風換熱器、功率電阻、網側電抗、加熱器。
f) 在右側的功率柜中，從上到下依次為卸荷電阻和其它電阻，往下依次為機側功率單元、功率電阻、水風換熱、接觸器、機側電抗，加熱器。
2.3.2溫度場模擬機分析
熱分析：
根據結構草案設計，軟件建模后如上圖，進行求解，得出上面的溫度場模擬圖。如圖所示，此柜內柜體與柜體采用加裝隔板但不完全封閉結構，熱流如圖，并網柜（左側）內部熱流大部分與網側功率柜（中間）與機側功率柜（右側）進行熱交換；而網側功率柜與機側功率柜上方和中部雖然開孔（上圖描紅部分），但是兩柜內熱流很少交換，功率單元散發的熱量也是無法流動。機側功率柜上方的水風換熱器也只是進行較小的熱循環，并不帶走下方的熱量。所以才布局和結構設計并不是很合理。需進行改善。
2.3.3.優化設計
優化分析：
如上圖改進后，并網柜采用密閉結構，熱流從柜體底部流向柜體頂端，在經上端的水風換熱器底部吸入熱空氣，經熱流循環后頂端冷風吹出，冷風遇到上端隔板反彈向下，流向底部，形成了上下循環的熱流系統，是柜體溫度分布均勻和溫度保持最低；在網側功率柜和機側功率柜的隔板上端加裝風扇，在中部開孔，熱流如圖；可以看到兩個功率柜的熱流互相循環，形成了循環通道。
2.3.4結論
通過熱設計軟件CFD可以更好的、更直觀的看到熱設計對結構設計輔助作用不可估量。
展開 某水冷板熱流仿真計算步驟講解
圖22 定量統計表
根據公式 :
在熱仿真模型中，熱源總熱耗2000w；那么相對誤差（2012-2000）/2000=0.6%，根據進出口的質量統計及誤差分析，可以看出，本案例計算質量守恒、能量守恒，熱流計算完全收斂。
基于comsol的熱流光學耦合的紋影法仿真 ￥1600
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p> 紋影法一種常用的光學觀測方法。其基本原理，是利用光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度進行測量，廣泛用于觀測氣流的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%BE%B9%E7%95%8C%E5%B1%82/4859516" rel="noopener noreferrer" target="_blank">邊界層</a>、燃燒、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%BF%80%E6%B3%A2/825784" rel="noopener noreferrer" target="_blank">激波</a>、氣體內的冷熱對流以及風洞或水洞流場。</p><p> 原理：利用光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度的原理，將流場中密度梯度的變化轉變為記錄平面上相對光強的變化，使可壓縮流場中的激波、壓縮波等密度變化劇烈的區域成為可觀察、可分辨的圖像，從而記錄下來。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202101/85558facf5fd4d63b506f2433da4251d.gif"></p><p><br></p><p><br></p><p>此次用comsol搭建一個簡單的紋影法的光路，在凹面鏡的焦距前方發射光源 ，在焦距后方接收。
展開 緊湊型熱交換器間斷翅片的湍流增強傳熱的流場FLUENT仿真分析 ￥299
針對緊湊型熱交換器出現了斷續和交錯翅片。間斷肋片上邊界層的不斷變化導致了高的傳熱系數，并且每個翅片后面的尾跡區域存在湍流混合。這比連續翅片熱交換器的傳熱效果更好。熱交換器示意圖如圖1所示。幾何包含在頂部和底部平面的對稱邊界條件。
假設在換熱器中加熱壓力為240k的液氨，翅片壁的溫度恒定為350k。液氨通過換熱器的質量流量為303.14 kg/s-m2，水力直徑為3.51 mm，液氨粘度為0.000152 kg/m-s，基于水力直徑的雷諾數為7000，為弱湍流區(即，低雷諾數湍流度)。仿真結果如下：
溫度場
壓力場
局部速度矢量圖
展開 熱仿真代做，儲能、PCS、變流器、液冷板、管路、散熱器等產品均可 ￥100
熱仿真代做，儲能、PCS、變流器、液冷板、管路、散熱器等產品均可，價格根據產品復雜程度而定。
積鼎CFD VirtualFlow 基于熱限制相變和流固耦合模型的冷板共軛傳熱相變仿真
本文將利用積鼎通用流體仿真軟件VirtualFlow對水平冷板的共軛換熱進行模擬，主要涉及相變過程的流動和傳熱傳質問題，通過分析為高熱流電子設備散熱設備設計提供指導。仿真過程將用到VirtualFlow自主開發的熱限制相變模型和流固耦合模型。
編輯
編輯
編輯
編輯
編輯
編輯
編輯
編輯
編輯
01 熱限制相變模型
飽和溫度相變模型，即界面兩側流體對界面的熱擴散正好被相變潛熱抵消。使用該模型的時候，需要確保界面處的網格足夠小，以保證流體網格中心與界面之間的換熱計算是準確的。
02 耦合模型
計算流固耦合傳熱問題的首要問題是建立界面兩端的溫度與熱通量之間的關系，使耦合求解流體域和固體域的溫度場成為可能。
貼體網格的情形，流固界面和網格界面正好重合，可由下面的公式建立界面兩邊網格溫度與界面熱通量的關系:
VirtualFlow引入IST技術，使用笛卡爾網格，以非貼體的方式描述任意復雜界面，流固界面與網格之間界面不重合。以下是VirtualFlow的處理方式。
一般VirtualFlow中，通過Heaviside階梯函數打開或者關閉特定區域的流場求解。當共軛傳熱模塊關閉時，階梯函數H在流體域內為1，在固體域內為0（如果不打開TSolid功能）。當開啟共軛傳熱模塊時，階梯函數H為固體階梯函數和流體階梯函數的復合，即在全體計算域內皆是1，因此固體和流體內的溫度場同時求解。
展開 