對流傳熱的案例
水壺的傳熱分析（熱傳導+熱對流+熱輻射） ￥5
分享一個通過ABAQUS做的水壺的傳熱分析，包含熱傳遞的三種方式：熱傳導+熱對流+熱輻射。
方法教程來自于外網，附件是自己根據教程練習時建的cae模型，供參考。
熱傳導是熱能從高溫向低溫部分轉移的過程；熱對流是熱量通過流動介質傳遞的過程；熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現象。
【材料】鋼/陶瓷
【網格】DC3D10
【接觸】
茶壺和蓋子之間的傳導
2.對流
3.熱輻射
【設置絕對零度+Stefan-Boltzmann常數】
【邊界條件】
【預定義溫度場】
【后處理】
傳熱計算-空腔自然對流換熱 ￥10
內部介質為空氣，在溫度影響下產生自然對流。
圖 1 幾何模型
2 劃分網格
上下邊界劃分300個節點，左右邊界劃分30個節點，共生成9000個四邊形網格。
邊界命名
3 設置邊界條件
設置重力加速度為-9.81m/s2，添加空氣相關參數。
原文檔在附件里，自行下載。
COMSOL多孔介質自然流動與傳熱現象的仿真研究
多孔介質中的自然對流和傳熱研究在地熱系統、隔熱材料、食品加工以及化學反應器設計等領域具有重要意義。本文介紹了一種基于COMSOL Multiphysics軟件建立多孔介質幾何模型并模擬其內部自然對流與傳熱過程的方法。
采用CAD Voronoi V2.1插件生成多孔介質幾何結構，并在AutoCAD中僅保留含曲邊孔隙圖層的內容后導出為dxf格式文件。并將此文件導入至COMSOL Multiphysics軟件中。
在COMSOL中，通過構建矩形區域并與導入的CAD圖形執行差集操作來完成多孔介質幾何模型的建立。
選擇“多孔介質傳熱”物理場，并設置相應的溫度邊界條件以匹配具體應用場景。完成設置后，對模型實施網格劃分。
通過對模型進行仿真計算，分析多孔介質內的流速分布及溫度場變化情況。
研究結果提供了關于多孔介質內部復雜對流與傳熱機制的深刻見解。
展開 不同濃度乙二醇冷卻液對散熱性能影響的研究 附乙二醇水溶液物性下載
圖2 液冷散熱器實物圖
1
液冷散熱器散熱性能分析
流體流過固體表面時，流體與固體間的熱量交換稱為對流傳熱，是液冷散熱器主要的換熱形式。對流換熱由牛頓冷卻公式計算。
（1）
式中：
q—熱功率，W；
h—對流換熱系數，W/(m2·K)；
S—散熱面積，m2；
?t—溫差，K。
流體的物性參數會影響冷媒在管內運動過程中的運動狀態，繼而影響換熱效果。液冷散熱器中的流動過程通常為無相變的強制對流傳熱，流體的密度ρ，動力粘度μ，導熱系數λ和定壓比熱容cp都會影響流體的傳熱能力。
展開 
fluent焊接熔池模擬
【視頻教程】fluent系列培訓——焊接熔池模擬（steve_zheng）
講師：steve_zheng
擅長領域：CFD仿真
技術鄰檔案：http://www.yqgqt.org.cn/content/self
內容簡介：根據流體力學和傳熱學原理, 建立了TIG 焊瞬態熔池三維數值分析模型.電弧熱源模型采用典型的高斯熱源分布模型, 模型考慮熔池液態金屬對流傳熱、熔池外工件的固態導熱、焊接過程中的相變潛熱、熔池流體的紊流特性、材料的熱物理性能參數隨溫度變化等因素.用enthalpy-porosity 方法處理工件熔化 凝固過程中的問題。
展開 酒店套房室內空調流場溫度場分析
針對之前的一個咨詢課題，總結了一下，簡單介紹了室內空調流場分析和熱場分析的基本方法，根據CAD圖紙來建立室內的三維圖，其中考慮了室內墻的厚度，和室外玻璃，不同墻等材料，室內燈泡，電器，床，等家具家電折算為體熱源平攤到室內中，考慮太陽光的輻射作用，主要從玻璃墻處進入室內，設置為面熱源進入計算域，模型的CAD圖紙如下所示：
根據該CAD建立幾何3維幾何模型如下所示：
其中天花板進行了隱藏處理，建立中央空調入風口和出風口，玻璃窗戶，外墻，內墻等，進行網格劃分，如下所示：
室內房間主要有空氣對流傳熱，墻的導熱，和玻璃窗戶的輻射，通過數值分析，設置檢測點和觀測平面內空氣的流場分布來優化空調入風口和出風口的位置，為中央空調的布置提供部分依據，外墻，內墻，玻璃等材料的物性參數由測量所得，通過計算可以得到以下結果。
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展開 氬氣和氮氣等屏蔽氣體如何影響3D打印不銹鋼
研究人員的研究重點是“通過在典型的L-PBF條件下模擬單個軌道來模擬17-4 PH SS的熱響應，同時考慮不同保護氣體的對流傳熱”。進行了數值研究，以獲得在激光粉末床熔融過程中在氬氣和氮氣保護氣體下制造的部件的溫度，溫度梯度和冷卻速率。進行顯微硬度測試和拉伸測試以確定3D打印部件在不同保護氣體下的機械性能。得出以下結論：
1、氮氣氛沿著軌道引入略低的溫度和溫度梯度，同時冷卻速率高于氬氣氛。研究人員將此歸因于氮氣的較高導熱系數。
2、當氮氣用作保護氣體時，更多的能量應從軌道消散到環境中。這是由于使用氮氣時提供的冷卻速率更高。
3、在氮氣保護氣體下制造的試樣的硬度略高于在氬氣下制造的試樣的硬度。這歸因于由于在氮氣氛下提供的較高冷卻速率而獲得的更精細的微結構。
4、“HT-Ar / Ar試樣的硬度高于HT-Ar / N2試樣。這是由于在氬氣氛下制造的奧氏體基體與馬氏體微觀結構相比具有更高的沉淀硬化能力。
在所有測試條件下，拉伸行為的變化最小。然而，在氮氣氛下3D打印的樣品具有稍高的強度和延展性。
該研究可以提供有價值的見解，以更好地避免添加制造部件中的缺陷，例如孔隙率和缺乏熔合。特別是金屬添加劑制造是一種非常精確的科學，涉及大量的化學知識和數學計算，以便為3D打印創造最佳條件。根據研究人員的研究，制造商可能能夠改變3D打印零件的條件，從而獲得更好的整體組件。
來源：3D虎
展開 基于Star CCM+ 熱管理仿真interface沒有生成的原因
對于存在多個計算域的仿真模型（比如，不同材料固體結構之間的導熱、流體與固體之間的對流傳熱等），Star CCM+會識別體與體之間的接觸面，在創建Part時會建立代表這些接觸面的Contacts特征，然后在從Part創建Region時建立與Contacts特征對應的Interfaces。進行計算時，不同計算域之間的數據傳遞和耦合計算都是通過Interface來實現的。如果在創建Interface時失敗，則在檢查計算結果時就會發現物理量應該連續的地方卻出現了間斷。Star CMM+在從3D-CAD創建新Part時一般會自動識別不同實體之前的接觸面并建立Contacts，但是這一過程并非總是能夠成功，這就會導致后續的Interface也創建失敗，下面就來詳細闡述這一問題。
一個失敗的例子
舉一個簡單模型的例子，如圖所示，這個模型包括三個實體，一個圓柱體和兩個長方體。圓柱和下面的長方體接觸，兩個長方體之間接觸，也就是說這個模型一共有兩個接觸面。
既然這個模型有兩個接觸面，那么在生成Part時應該會創建兩個Contact，然而實際上卻只有一個Contact。
通過點擊選中contact可以讓接觸面在視圖窗口中高亮，如下圖。（cube/cube 2 代表的是接觸面兩邊的體的名字，Default/Default 代表的是接觸面兩邊的面的名字）。這里唯一的接觸面顯示為兩個長方體之間的接觸面，也就是說圓柱體和長方體之間的接觸面沒有創建contact。
這種情況下，如果你沒有注意到contact的問題就去生成Region，那么在創建Interface時，圓柱體和長方體之間也不會創建Interface，因為contact是Interface的基礎。如下圖，Interfaces中也只有一個。
展開 【EDF開源CAE 】應用Code_Aster模擬核電閥門在熱沖擊下的熱力學響應
03
熱力學分析部分
熱量的傳遞包括傳導、對流和輻射三種基本形式，本案例中僅涉及前兩者。在2015年進行的第一次數值模擬中，我們假定各部件緊密貼合，不考慮管道中流體流動性所造成的對流傳熱，熱量在閥門內部完全通過接觸傳導方式傳遞；在第二次數值模擬中，增加了“閥體與閥籠之間的間隙中熱量以對流方式傳遞”的邊界條件。
經模擬，對于閥門中的絕熱構件，模擬結果與試驗結果匹配度良好；對于螺栓，第二次的模擬結果改善了第一次模擬中溫度變化較試驗結果有所延遲的問題（圖3）。閥門上部的溫度較試驗結果高約30~40℃（圖4），這可能是模型相對簡單，未充分考慮其他形式的傳熱方式導致的。
圖 3. 實驗與數值模擬中閥門螺栓溫度隨時間變化曲線
圖 4. 實地實驗與數值模擬中閥門上部溫度隨時間變化曲線
（285℃ →60℃階段）
04
力學分析部分
在模擬分析閥門的力學特性時，重新劃分了有限元單元。單元形式由熱力學分析中四面體單元改為四面體單元和線性六面體單元組合的形式（圖5）
圖 5. 熱力學分析（左）與力學分析（右）中閥門附近的有限元網格劃分
在施加熱沖擊前，處于室溫20℃下12個螺栓的緊固力均為250kN。力學分析部分的模擬共歷時約17小時，其中僅考慮彈性狀態歷時約7小時，考慮彈塑性狀態歷時約10小時，兩種工作狀態下螺栓的緊固力隨時間的變化如圖7所示。
展開 傳熱學中熱能傳遞的三種基本方式及研究方法 附傳熱學電子書籍下載
傳熱學就是研究由溫差引起的熱能傳遞規律的科學，其作用是利用可以預測能量傳遞速率的一些定律來補充熱力學分析。傳熱學與空氣動力學有著緊密的關系，了解傳熱學的相關知識有助于解決汽車空氣動力學中發動機冷卻、新能源汽車熱管理以及駕駛室空調性能優化等問題。下面分別介紹熱能傳遞的三種基本方式和傳熱學的研究方法。
一、熱能傳遞的三種基本方式
熱傳遞有三種基本方式，分別為熱傳導、熱對流和熱輻射。
1.熱傳導（heat conduction）
物體各部分之間不發生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動互相撞擊，使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程，叫做熱傳導，又稱導熱。物體或系統內的溫度差，是熱傳導的必要條件。熱傳導是固體中傳熱的主要方式，在不流動的液體或氣體層中逐層傳遞，在流動情況下常與熱對流同時發生。
熱傳導
熱傳導有如下幾個特點：
①必須有溫差
②物體直接接觸
③依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量，不發生宏觀的相對位移
④沒有能量形式之間的轉化
2.熱對流（heat convection）
熱對流，指流體的宏觀運動而引起的流體各部分之間發生相對位移，冷、熱流體相互摻混所導致的熱量傳遞過程。熱對流僅能發生在流體中，而且由于流體中的分子同時在進行著不規則的熱運動，因而熱對流必然伴隨有熱傳導現象。熱對流有三種基本形式，分別是自然對流、強迫對流以及湍流。在工程應用上更注重的是流體流過一個物體表面時，流體與物體表面間的熱量傳遞過程，并將該過程稱為對流傳熱。
展開 LNG液化天然氣的低溫特性
表 LNG蒸發速度kg/(m2˙h)
LNG泄漏到水中時產生強烈的對流傳熱，以致在一定的面積內蒸發速度保持不變。隨著LNG流動泄漏面積逐漸增大，直到氣體蒸發量等于漏出液體所能產生的氣體量為止。
泄漏的LNG開始蒸發時，所產生的氣體溫度接近液體溫度，其密度大于環境空氣。冷氣體在未大量吸收環境空氣中熱量之前，沿地面形成一個流動層。當從地面或環境空氣中大量吸收熱量以后，溫度上升時，氣體密度小于環境空氣。形成的蒸發氣和空氣的混合物在溫度繼續上升過程中逐漸形成密度小于空氣的云團。云團的膨脹和擴散與風速和大氣的穩定性有關。LNG泄漏時，由于液體溫度很低，大氣中的水蒸氣也被冷凝而形成“霧團”，這是可見的，可以作為可燃性云團的示蹤物，指示出云團的區域范圍。泄漏的LNG以噴射形式進入大氣，同時進行膨脹和蒸發，還進行與空氣的劇烈混合。大部分LNG包在初始形成的類似溶膠的云團之中，在進一步與空氣混合的過程中完全氣化。
LNG與外露的皮膚短暫地接觸，不會產生什么傷害，可是持續地接觸，會引起嚴重的低溫灼傷和組織損壞。
四、儲存特性
(一) 分層
LNG是多組分混合物，因溫度和組分的變化會引起密度變化，液體密度的差異使儲罐內的LNG發生分層。一般，罐內液體垂直方向上溫差大于0.2℃、密度差大于0.5kg/m3時，認為罐內液體發生了分層。LNG儲罐內液體分層往往是因為充裝的LNG密度不同或是因為LNG氮含量太高引起的。
(二) 翻滾
若儲罐內的液體已經分層，被上層液體吸收的熱量一部分消耗于液面液體蒸發所需的潛熱，其余熱量使上層液體溫度升高。隨著蒸發的持續，一上層液體密度增大，下層液體密度減小，當上下兩層液體密度接近相等時，分層界面消失，液層快速混合并伴隨有液體大量蒸發，此時的蒸發率遠高于正常蒸發率，出現翻滾。
展開 
熱處理爐分類問答
一般往內罩里通入控制氣氛；加熱、保溫、緩冷過程完成后，吊走外罩，板垛或鋼卷便在內罩內冷卻；待冷卻到設定溫度，去掉內罩，板材或鋼卷在空氣中冷卻,然后卸料；處理冷軋鋼卷的罩式爐有單垛式和多垛式兩種，多垛式可在一座長方形爐臺上放2～8垛鋼卷，每垛分別扣上單獨的圓形內罩；在內罩下部安裝有循環風扇，用以加強控制氣氛與促進鋼卷間的對流傳熱。
5、牽引式熱處理爐有何主作用途和型式？
1）、主要用途：牽引式熱處理爐廣泛應用于冷軋帶鋼的鍍錫、鍍鋅和硅鋼、不銹鋼的展開連續熱處理，近年來還用于深沖鋼帶的退火；
2）、主要型式：牽引式爐大致分臥式和立式兩種，其中臥式有單程（直通臥式爐）和多程方式（折疊式爐）；立式也有單程的（立式爐）和多程的（塔式爐）；塔式爐牽引帶鋼的速度可高達每秒10米，多用輻射管或電熱體加熱，處理溫度為700～980℃。
6、環形熱處理爐有何應用特點？
1）、功能：環形熱處理爐屬于連續爐設備，常以滲碳熱處理為主，全爐分有加熱區、滲碳一區、滲碳二區和擴散區，并集備料、滲碳、淬火、清洗、回火于一體，通過環形爐底轉動，工件可從同一個爐門內進行裝料和出料；
2）、用途：環形熱處理爐可應用于生產商用車變速器、減速機、緩速器和齒輪零件等產品的相關熱處理，對齒輪零件的最終熱處理質量具有關鍵影響作用；
3）、加熱方式：一般通過輻射管對工件進行間接加熱，并有電加熱和燃料加熱兩種方式，其中電加熱方式運行成本較高，噸產量耗電量約為850度，故目前多趨向于天然氣加熱。
展開 COMSOL主打的就是一個方式方法！
概括起來，電熱水壺工作涉及三個物理過程：工頻交流電的計算；電阻絲上的熱傳導和水中的對流傳熱計算，統稱為傳熱問題；由于熱分布不均勻引起的水的自然對流，這是一個流體問題，具體地說是非等溫流動問題。
第二問，這些物理過程是如何相互作用的?
我們認為水是不導電的，所以電阻上的電勢分布不會在水中產生漏電流。這樣水的流動或者溫度都不對水中的電流分布有任何影響，電流在水中都是零。同時，如果我們把電阻絲的電導率也定義為常數，這意味著我們假設溫度的分布也不會影響到電阻絲上的電流計算。這么說來，工頻交流電這個物理過程是獨立的，它單向地影響傳熱問題和自然對流過程，而傳熱問題和自然對流過程并不會對電流計算產生任何反作用。
我們再來看傳熱問題。電阻絲上的傳熱是個固體熱傳導過程，利用交流電場分析所獲得的熱源分布，我們只需給定熱導率、密度和熱容就可以獲得溫度的分布了。但是，水的影響還不能忽略，因為電阻絲與水之間存在熱交換。水中的傳熱是一個對流傳導過程，除了水的熱導率、熱容和密度，還必需考慮水的流動。而水的流動恰恰是因為溫度分布造成的密度差異引起的。溫度分布會影響流體的運動，流體的運動反過來也會影響溫度的分布。傳熱和流體場這個物理過程是相互雙向作用的。
第三間，我們可以如何求解?
交流電場是獨立的物理過程，可以先單獨求解。傳熱和流體場相互聯系緊密，必須同時考慮。
以上三問，對于任何多物理場問題都是適用的。這三個問題會引導我們把復雜的多物理場現象剖析成具體的模型，從而顯示出問題的本質。你注意到了嗎，在某些情況下，有些物理場與其他物理場的聯系是非常松散，甚至是獨立的，比如電熱水壺例子中假設材料沒有熱敏性的電場計算。而另外的一些物理場，比如本例中的傳熱過程和流體流動，它們的相互聯系非常緊密。
展開 座艙內部流體動力學分析： AcuSolve預測乘客熱舒適性及除霜、除霧效果
流動完全是自然對流，沒有進口，也沒有出口。這一模擬過程節點的速度，壓力，溫度，湍流參數可以輸出并用于制冷模擬的初始條件。
空調制熱模擬
與制冷模擬相比，制熱相對所需時間要少。空氣濕度在制熱模擬中可以忽略，因此不需要求解物種運輸方程。另外也不需要計算太陽輻射。然而由于座艙內的溫度差仍然較大，因此仍需封閉輻射模型。總的來說，計算成本要低。
加入假人模型
在標準的風洞測試中，一般沒有人體模型置于測試車輛中。之前的CFD模擬也沒有加入假人模型。但如果要對乘客的熱舒適性了解更詳細的話，可以加入人體模型。
除霜除霧模擬
除霜模擬擋風玻璃及側窗玻璃薄冰層的融化時間和融化形態。該模擬用來評價空調系統是否能夠產生足夠的暖空氣傳輸到擋風玻璃及側窗玻璃上。
除霜模擬十分依賴于幾何外形，因此模擬的前提要保證幾何外形的精確度。一些重要的幾何參數包括擋風玻璃大小、傾斜角和曲率、除霜出口的大小和形狀、出口與擋風玻璃底部的距離等。冰層和玻璃采用熱殼單元建模，施加一定的密度、比熱及熱傳導率等屬性，同時也給一定的厚度。玻璃的這些屬性是恒定的，而冰層融化后，冰層的材料屬性隨著時間而改 變。假定冰層在+1°時才開始融化。為了精確捕捉座艙內空氣與玻璃表面的對流傳熱，近壁層需要大量的邊界層網格。下圖是10分鐘時除霜通道出口（計算域的進口）冰層融化的形態（以速度云圖表征）及冰層融化在不同時間的合成圖。擋風 玻璃的底部最開始融化，用(X)標出。
除霧與除霜的模擬類似。主要的工作在于定義什么條件下是霧，什么條件下不是霧。
展開 CAE仿真技術在能源電力行業的應用
CAE技術在核電設備熱分析上的應用
l 設備零部件熱傳遞問題；
l 流體對流換熱、質量擴散；
l 蒸汽發生器、穩壓器等多相流問題、對流傳熱；
l 主泵機組、汽輪機葉片、流道等設計與效率改進。
核聚變反應堆屏包模塊CFD熱分析
總單元數1980萬，其中結構域1210萬，流體域780萬結構域計算條件：絕熱外壁面 + 對稱面 + 流固耦合交界面 + 非均勻中子熱沉積體積發熱功率；
流體域計算條件：壓力入口 + 質量流量出口 + 流體對稱面 + 非均勻中子熱沉積體積發熱功率；加載難點在于“非均勻中子熱沉積體積發熱功率”，采用了多項式擬合坐標插值法。
2.CAE技術在風電行業的應用
風力發電機是將風能轉化為機械能并由機械能轉化為電能的裝置。風是空氣流動，這種流動經過葉片時在葉片兩側產生壓差，進而推動葉片轉動；葉片轉動通過輪轂傳遞給傳動系統中的低速傳動軸，并經齒輪箱加速傳遞給高速傳動軸；高速傳動軸與發電機連接，帶動發電機發電。
風電行業的CAE應用范圍極其廣泛，主要關注的焦點包括
l 風機葉片：復合材料強度、剛度、振動等問題；
l 輪轂：結構強度、連接部件強度、疲勞；
l 傳動系統：主軸強度、剛度、齒輪箱體與增速設計；
l 發電機：電機性能分析；
l 底板與艙蓋：強度、變形；控制系統：
l 偏航系統、剎車系統的機構傳動、電子控制；
l 塔架：結構強度、屈曲、振動、基礎設計。
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