工程熱力學的案例
材料強度預報的熱力學理論 附材料熱力學郝士明下載
隨著新材料的大量涌現(xiàn)，經(jīng)驗型的強度準則層出不窮，作者認為可以利用熱力學狀態(tài)失穩(wěn)性判據(jù)發(fā)展統(tǒng)一的強度評價方法和準則，很可能改變工程中長期采用的結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計和評估的規(guī)范和方法。
進一步的研究也發(fā)現(xiàn)，基于局域本構(gòu)方程的傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學的方法很難對于變形局域化的行為進行正確的預報，而基于作者發(fā)展的連續(xù)統(tǒng)熱力學的方法，不需要針對不同的材料建立其本構(gòu)方程，而只需利用變形過程中能量驅(qū)動力和阻力就可以實現(xiàn)對其在外載作用下變形局域化的行為進行準確的預報。利用金屬長桿在拉伸載荷作用下變形的頸縮行為作為例子，通過引進金屬材料的塑性耗散能可以準確地預報出這一現(xiàn)象，不需要利用材料的本構(gòu)方程。
該項研究得到了國家自然科學基金項目（Grant Nos. 11832019，11472313，13572355）資助。
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展開 Fluent 計算流體動力學綜合工程應(yīng)用基礎(chǔ)培訓
Fluent 計算流體動力學綜合工程應(yīng)用基礎(chǔ)培訓
培訓目標：
（一）、理解流體動力學分析的計算原理；
（二）、掌握 Fluent 軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握 Fluent 不同分析模塊的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結(jié)構(gòu)和熱多場耦合等熱點問題；
（五）、培養(yǎng)獨立工程結(jié)構(gòu)的熱力學分析能力。
電話：15706036987
有限元程序-熱力耦合彈性動力學 ￥19.89
摘要
熱力耦合的應(yīng)用在科學技術(shù)中有重要的意義。熱應(yīng)力和它所引起的強度、剛度問題，在航空、航天和核反應(yīng)堆工程的設(shè)備和構(gòu)件上的重要性是不言而喻的。所以我們要對其進行研究和求解。
本文采用線性有限元建模技術(shù)對熱環(huán)境下的梁結(jié)構(gòu)建模，求解一個線性熱彈性問題。在熱彈性狀態(tài)下，溫度場與機械場不耦合，而機械場取決于溫度，因為熱彈性本構(gòu)關(guān)系中存在熱應(yīng)變。這種情況可以描述為弱熱力耦合。本報告將討論瞬態(tài)演化問題的完全熱力耦合。在給出溫度場的基礎(chǔ)上，給定彈性力學的邊界條件和初始條件后求解熱彈性運動微分方程，得到熱位移場。然后，再由溫度場和熱位移場，根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變和溫度關(guān)系的本構(gòu)方程，求出熱應(yīng)力 場。通過分析得出，由于左右橫向邊界ΔT=+50 的均勻溫升，隨著溫度的增加機械場中的形變量增大，進而使應(yīng)力增加。
關(guān)鍵詞 耦合熱彈性;線性有限元建模;本構(gòu)方程
1.1課題背景
隨著人類文明的進步和科學技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的單一功能材料已經(jīng)不能滿足科學技術(shù)和工程實際的需求。20 世紀以來，許多高性能的新型材料開始
扮演著越來越重要的角色。它們具有輕質(zhì)、高強、耐久、智能等多重優(yōu)點而 且，一般而言，材料和結(jié)構(gòu)通常都是在高溫和有限制的環(huán)境中使用，在這種
情況下必須考慮材料和結(jié)構(gòu)的熱力學性能。顯然，對這類材料和結(jié)構(gòu)的研究不能完全套用經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)力學理論，而需要發(fā)展相關(guān)的理論來合理描述材料的力學性能。
熱彈性力學的應(yīng)用，在科學技術(shù)中有重要的意義。熱應(yīng)力和它所引起的強度、剛度問題，在航空、航天和核反應(yīng)堆工程的設(shè)備和構(gòu)件上的重要性是不言而喻的。
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混凝土的各溫度下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系以及損傷因子數(shù)據(jù)
【11月16-18日 上海 斯姆勒】Fluent計算流體動力學綜合工程應(yīng)用基礎(chǔ)培訓
特舉辦“Fluent計算流體動力學綜合工程應(yīng)用基礎(chǔ)培訓”工程實例培訓，具體內(nèi)容如下：
一、 培訓目標：
（一）、理解流體動力學分析的計算原理；
（二）、掌握Fluent軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握Fluent不同分析模塊的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結(jié)構(gòu)和熱多場耦合等熱點問題；
（五）、培養(yǎng)獨立工程結(jié)構(gòu)的熱力學分析能力。
二、增值服務(wù)：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、持本人學生證或教師證享有8.5折優(yōu)惠；一個單位同時報名2人享有9折優(yōu)惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優(yōu)惠。
三、主講老師簡介：
寧老師，首席專家，西安交通大學航空航天學院力學博士，多年上市機械企業(yè)結(jié)構(gòu)負責人，18年的軟件工程應(yīng)用經(jīng)驗；長期從事有限元領(lǐng)域國家重大項目研究，發(fā)表論文20余篇，獲得專利11項，開發(fā)有限元軟件4項，具有資深的技術(shù)底蘊和專業(yè)背景；擅長靜力學，模態(tài)分析，隨機振動/譜分析，隱/顯式動力學分析，轉(zhuǎn)子動力學分分析、疲勞分析，線性/非線性屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，復合材料分析，熱分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發(fā)等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發(fā)解決特定領(lǐng)域科研/工程問題。
展開 熱力學分析
009熱力學分析
009熱力學分析.part1.rar
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顛覆“熱力學第二定律”！
研究展示了負溫度下光子之間的熱力學過程，實現(xiàn)負溫度下熱量從低溫流向高溫，有望實現(xiàn)超過100%的卡諾效率。熱力學第二定律對所有熱機的熱效率進行了基本的限制。即使是理想的無摩擦發(fā)動機也不能將其100%輸入熱量的任何地方轉(zhuǎn)換成工作，卡諾循環(huán)的效率必定小于1。如此，在負溫度下，這一切都將被顛覆，有望實現(xiàn)更高效的發(fā)動機。
相關(guān)成果以“Observation of photon-photon thermodynamic processes under negative optical temperature conditions”為題發(fā)表于《Science》。
熱力學試驗臺示意圖
通過控制光子晶格，實現(xiàn)了21種模式的激發(fā)，并對其中的10種模式進行研究。作者觀測到正溫度和負溫度，并在實驗中驗證了理論預測。光經(jīng)過非線性光纖進行四波混頻作用，可以模擬出正溫度和負溫度條件下，光子之間達到熱平衡的過程。由于系統(tǒng)中可用狀態(tài)的數(shù)量是有限的，觀測到的負溫度狀態(tài)是穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)。
觀測正溫度和負溫度
該研究利用光學平臺模擬了負溫度下光子之間的等壓膨脹、等容壓縮、絕熱膨脹等過程，并且測量了每個過程中光子能量和體積（波長）的變化。等壓膨脹時，保持壓強不變，光子能量增加而體積減??；等容壓縮時，保持體積不變，光子能量減小。在負溫度區(qū)域，由于低溫系統(tǒng)比高溫系統(tǒng)具有更高的平均能量密度，熱量會從低溫流向高溫，這些現(xiàn)象與正溫度區(qū)域相反。這意味著，在負溫度區(qū)域運行一個類似于卡諾循環(huán)的過程，可以實現(xiàn)超過100%的卡諾效率。
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一、 培訓目標：
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三、主講老師簡介：
寧老師，首席專家，西安交通大學航空航天學院力學博士，多年上市機械企業(yè)結(jié)構(gòu)負責人，18年的軟件工程應(yīng)用經(jīng)驗；長期從事有限元領(lǐng)域國家重大項目研究，發(fā)表論文20余篇，獲得專利11項，開發(fā)有限元軟件4項，具有資深的技術(shù)底蘊和專業(yè)背景；擅長靜力學，模態(tài)分析，隨機振動/譜分析，隱/顯式動力學分析，轉(zhuǎn)子動力學分分析、疲勞分析，線性/非線性屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，復合材料分析，熱分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發(fā)等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發(fā)解決特定領(lǐng)域科研/工程問題。
展開 纖維材料的熱力學三態(tài)
上述從分子運動學觀點描述了熱力學三態(tài)，從相態(tài)角度看，玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)均屬非結(jié)晶相，即大分子間的排列狀態(tài)呈無規(guī)（無序、非晶）狀態(tài)。
來源：紡織干貨
熱力學告訴你，如何給筆記本電腦降溫
以往的視頻中為了科普一些流體力學現(xiàn)象，常常會給大家做計算機仿真分析，臺式機不夠用時，筆記本偶爾也是要上場跑一跑的，這時就會聽到它發(fā)出的呼呼風聲。
與其說這是風聲，不如說是筆記本的救命聲！做CFD計算這種高負載工作時CPU發(fā)熱量會急劇增加，若散熱不及時，輕則觸發(fā)溫度墻保護使之反應(yīng)速度變慢，重則藍屏死機。
但有時我們還不得不讓筆記本承擔這高負荷的工作，比如搞科研的時候和準備搞科研的時候。那么人為幫助筆記本散熱就十分重要。幫它就得先了解它。
解剖！這就是CPU，主要的發(fā)熱源。CPU的熱量先傳給導熱片，再傳給這個黑色的扁管，叫熱管。管內(nèi)有冷卻液，在高溫端蒸發(fā)吸熱，另一端液化放熱，將熱量傳給和它焊在一起的翅片。最后風扇從電腦底部把空氣吸入，流過翅片把熱量帶走，并從側(cè)面吹出。我們聽到的呼呼風聲，主要是風扇吹風的噪音。
結(jié)構(gòu)了解了，那么如何幫它散熱呢，我們看熱量排出的整個過程，熱管、翅片這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的傳熱，我們很難改變，那你說可以把這些材料都換成導熱系數(shù)更高的準備搞科研的時候肯定更絲滑，但改裝需要高超的技術(shù)和高額費用。咱沒經(jīng)費呀，上面的傳熱過程大抵只能這樣了，看下面風扇這部分，嘿嘿，一不小心到我的流體領(lǐng)域。
這部分是靠流動的空氣帶走熱量，那么流速就十分重要，我用流體仿真軟件AICFD粗略計算了一下，流速增大一倍，散熱翅片溫度就能降低35%。
看來增大流速的辦法可行，但筆記本內(nèi)部零件咱都不好改裝，包括這個風扇，然而好就好在增大流速不只有改裝里面風扇這一條路，還可以在外面加Buff。
飛智牌壓風式散熱底座BS1，與筆記本內(nèi)置風扇里應(yīng)外合，增加過流風速，提升散熱效果。筆記本與散熱底座密封棉接觸形成密閉空間，底座的渦輪風扇抽取空氣增壓后從出風口排出，直接吹進電腦內(nèi)部，增大過流風速。
讓筆記本高負荷工作，我們實測一下加散熱座前后流經(jīng)電腦的風速變化
展開 基于cosmol軟件的光纖熱力學分析
在本模塊領(lǐng)域中我們需要用到的物理場分別為固體力學和固體傳熱以及多物理場耦合的分析，下面進行簡單的介紹：
首先先建立光線結(jié)構(gòu)模型，在這里我們選擇應(yīng)力偏振型熊貓光纖作為分析（最外層是PML，要求與接觸材料的折射率一致，在這里就不做過多簡述：
其次，要進行物理場的研究，在這里我們分別構(gòu)建固體力學以及固體傳熱物理模型，具體固體力學配置如下所示，由于我們光纖的材料主要是二氧化硅成分，所以設(shè)置為線彈性材料，由于纖芯和包層是一體的所以在受熱過程中將二者作為一個整體，限制纖芯因為熱應(yīng)力作用而膨脹（理想情況）
在固體傳熱部分我們通過將外部環(huán)境作為加熱源，采用面外熱通量的形式對結(jié)構(gòu)進行加熱，設(shè)定面外熱通量溫度為298.5K，將光纖結(jié)構(gòu)的外層設(shè)定為熱絕緣層。詳細見下面圖組：
最后我們將固體力學與固體傳熱之間用多物理場進行耦合，并且在研究的最后對結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格的劃分如下圖所示：
最后通過運行程序得到如下表面溫度的結(jié)果，這與光纖中不同區(qū)域的材料系數(shù)有關(guān)（例如所設(shè)定的熱膨脹系數(shù)有關(guān)），可以看出光纖端面處不同部位的溫度也會有所差異，因為耦合到了固體力學結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布區(qū)域也會呈現(xiàn)出不同的趨勢。
歡迎關(guān)注公眾號"320科技工作室"聯(lián)系我們
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【11月16-18日 上海 斯姆勒】Fluent計算流體動力學綜合工程應(yīng)用基礎(chǔ)培訓
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展開 使用ANSYS Workbench進行茶壺的熱力學分析
使用ANSYS Workbench進行茶壺的熱力學分析
李安民
Thermal Analysis of Teapot using ANSYS Workbench
Julian Lee
摘要：使用穩(wěn)態(tài)分析裝滿開水的茶壺的熱分布和熱流量，對比陶瓷材料和鋼材作茶壺材料的熱力學特性。使用瞬態(tài)分析模擬水降溫過程，得到溫度分布和熱流量，瞬態(tài)分析同樣使用兩種材料進行對比分析。
關(guān)鍵字：仿真；有限元；ANSYS Workbench；熱力學分析
分析視頻教程將在2023年3月23日19:30在技術(shù)鄰進行直播，歡迎前來觀看以及和作者討論。
本教程使用了ANSYS 2023和ANSYS2022，兩個版本在本教程范圍內(nèi)操作完全相同。
1 穩(wěn)態(tài)分析（Stead-State Thermal）
1.1 陶瓷材料（Porcelain）
1. 打開ANSYS Workbench，建立Steady State Thermal System
雙擊Toolbox中的Steady-State Thermal或者將其拖到Project Schematic中，如下圖所示：
2. 定義鋼材和陶瓷的本構(gòu)模型，鋼材的本構(gòu)模型默認存在，從Thermal Material添加Porcelain。
雙擊第2行Engineering Data，在Engineering Data選項卡中點擊Engineering Data Sources。在Engineering Data Sources表中選擇序號為12的Thermal Materials選項，然后在其下Outline of Thermal Material中選擇43號Porcelain。
陶瓷的比熱容（Thermal Conductivity）為5W/(m?℃)，點擊B列的加號，在C列出現(xiàn)紫色書的圖標，表示材料在待用材料冊中。
展開 熱力學告訴你，羽絨服不保暖了怎么救？
一場猛烈的降溫，讓北方的同學以及在南方生活的北方同學徹底告別了短袖，羽絨服、大棉襖逐漸成為保命必需品。但你有沒有覺得，衣服穿著穿著就不那么暖了。為什么，這衣服還有救嗎？研究研究。
保暖的本質(zhì)是阻礙熱量的傳遞。熱量傳遞有三種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。
而只要你不光膀子，通過熱對流和熱輻射散熱的占比很低，所以衣服保暖與否主要看熱傳導。衡量熱傳導的關(guān)鍵參數(shù)叫導熱系數(shù)，越大，傳熱本領(lǐng)越強。炒菜的鐵鍋，把兒通常是木的，因為木材導熱系數(shù)只有鐵的1/400。
所以衣服要想保暖，它的導熱系數(shù)就要小。那么平常我們能接觸到的物質(zhì)，誰的導熱系數(shù)最小呢？沒錯，就是眼前唾手可得的空氣，空氣導熱系數(shù)甚至還不到木材的五分之一。
棉服、羽絨服保暖，就是因為蓬松的材質(zhì)能儲存大量的靜止空氣，就像一層多孔介質(zhì)，在人體和外界之間形成一堵超級保溫的空氣墻。而衣服穿久了，尤其是洗過后，就沒那么蓬松了，能儲存的空氣少了，保暖效果自然就不好了。
用AICFD軟件做個仿真，建個簡化的人體模型，環(huán)境取0℃，給它穿上一件羽絨服。
材質(zhì)是多孔介質(zhì)，算出人體散熱功率是128W。然后壓縮羽絨服，衣服內(nèi)固體材料量不變，僅僅壓縮掉縫隙里的一些空氣，讓厚度變?yōu)樵瓉淼囊话耄俅斡嬎?，人體散熱功率就增大到了144W，相當于羽絨服保暖性下降了13%。
所以鎖住更多的空氣，是保暖的關(guān)鍵，這也是為什么羽絨服比棉服保暖更好些，因為羽絨孔隙比棉質(zhì)更大。
而羽絨服里，鵝絨比鴨絨保暖好，同樣是因為鵝絨絨朵更大，孔隙間能儲存的空氣更多。還有通常評價羽絨服的幾個指標充絨量、含絨量、蓬松度，實際都暗含了能儲存多少空氣。
那懂了，只要讓衣服更蓬松，加大空氣儲存量，就可以救回我心愛的小棉襖了，治病救衣！敲一敲，變蓬松，救回我心愛的小棉襖剛過了立冬，祝大家衣服里空氣多多，都能度過一個溫暖的寒冬
展開 PVT曲線：預測高分子材料收縮與翹曲的“熱力學密碼”
這種內(nèi)在聯(lián)系，如同材料的獨特 “指紋”，反映了高分子材料在不同熱力學條件下的本質(zhì)特征。
從微觀角度來看，高分子材料是由大量的高分子鏈組成。溫度的變化會影響高分子鏈的熱運動，當溫度升高時，分子熱運動加劇，分子間的距離增大，從而導致材料的體積膨脹；反之，溫度降低，分子熱運動減弱，體積收縮。而壓力的作用則是對分子間的距離進行 “擠壓” 或 “釋放”，增加壓力會使分子間距離減小，材料體積縮小；降低壓力，分子間距離又會增大，體積相應(yīng)增大 。例如，在高溫環(huán)境下，原本緊密排列的高分子鏈會因熱運動變得活躍，彼此之間的距離拉開，材料的體積隨之增大；若此時施加壓力，又能將這些 “活躍” 的分子鏈重新 “壓縮” 到相對緊密的狀態(tài)，減小體積。
（二）PVT 曲線的類型
根據(jù)材料的結(jié)晶特性，PVT 曲線主要分為無定形材料和結(jié)晶型（包括半結(jié)晶型）材料兩種典型類型。無定形材料的 PVT 曲線相對較為平滑，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）附近，曲線斜率會發(fā)生明顯變化。這是因為在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，高分子鏈段的運動被凍結(jié)，材料表現(xiàn)出類似玻璃的脆性和剛性；當溫度升高超過 Tg 時，鏈段開始能夠自由運動，材料的柔韌性和可塑性增強，體積也隨之發(fā)生較大變化 。以常見的聚苯乙烯為例，在低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，它質(zhì)地堅硬、易碎，隨著溫度逐漸升高接近并超過 Tg，聚苯乙烯開始變得柔軟，易于加工成型，同時體積也有所膨脹，反映在 PVT 曲線上就是斜率的改變。
圖1：結(jié)晶材料PVT曲線
圖2：非結(jié)晶材料PVT曲線
結(jié)晶型材料的 PVT 曲線則更為復雜，除了在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近有變化外，在熔點（Tm）處還會出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折。
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