熱舒適性分析的案例
THESEUS-FE飛機成員艙熱舒適性分析
對于座艙內熱環境，THESEUS-FE可以采用假人模型進行座艙熱舒適性分析。同時，THESEUS-FE Coupler模塊可實現傳熱—CFD協同仿真。不依賴于第三方軟件，Coupler可實現THESEUS-FE和CFD求解器Star-CCM+或OpenFOAM之間的雙向耦合仿真，最為精確地仿真流體對結構的對流效應和結構溫度對流動的影響。使用該技術可得到極高精度的發動機艙熱管理分析和座艙熱舒適性分析結果，與實測結果吻合程度非常高。
本案例是采用Star-CCM+與THESEUS-FE雙向耦合，分析飛機乘員艙內的熱舒適性。
算例使用THESEUS-FEtigong的假人模型—FIALA-FE。假人模型融合了最先進的熱生理學研究成果，可以非常準確的預測人體對熱環境的反應進而對熱舒適性進行評估。FIALA-FE可模擬真人的復雜生理反應，包括血液流動、呼吸等代謝反應，以及出汗、寒噤等生理現象。FIALA-FE假人模型完全集成在THESEUS-FE求解器中，可以輸出局部或者整體的熱舒適性指標。
算例使用Star-CCM+的流體分析結果與Theseus-FE傳熱分析軟件相結合，提高計算精度。
具體計算方法如下：
l使用StarCD的流體分析結果與Theseus-FE傳熱分析軟件相結合，提高計算精度。
lTHESEUS-FE計算結構壁面溫度；包含輻射模型、熱傳導和蒸發換熱。
lStarCD計算室內氣體的濕度、速度和溫度。
最終艙壁溫度計算結果：
根據熱舒適性指標評價人體舒適性：
THESEUS-FE飛機成員艙熱舒適性分析.pdf
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
如何選擇高效的工具來 進行模擬座艙內部流體動力 學分析成為一大挑戰
Altair 解決方案：利用 AcuSolve 預測汽車乘 客瞬態的熱舒適性及除霜、 除霧的性能。
優點：采用 AcuSolve 軟件可以很 好模擬座艙內部熱舒適性分 析及除霜除霧分析，包括了 太陽輻射、封閉輻射、濕度 等眾多因素影響，仿真效果 很好。
背景介紹
偉世通公司采用 Altair CFD 軟件 AcuSolve 預測汽車乘客瞬態的熱舒適性及除霜、 除霧的性能。人體舒適模型考慮了溫度、速度、太陽輻射、濕度、衣服材質和乘客的活 動。為了考察更詳細的乘客瞬態舒適性，還置入了假人模型。為了預測除霜性能，將一 層冰置于車窗表面，冰融化的這一過程可用潛熱模型捕捉。除霧性能可以通過當地的車 窗表面空氣飽和來預測。
挑戰
CFD 模型的建立
CFD 分析最耗時的是建立一個合適的 CFD 模型。與此相比，純粹的計算時間在一 定程度上顯得略為不重要一些。在汽車的應用中，如汽車空氣動力學特性、發動機艙內 部流動或座艙內部流動等表面幾何外形會極其復雜，在這種情況下，通常的網格劃分方 式需要好幾周，這對于縮短汽車設計周期是難以接受的。 通常在設計初期，詳細的 CAD 幾何外形通常還不具備，因此建立幾何參數化的模型是十分有效的。如下圖所示。
詳細分辨流場和溫度場需要詳細的幾何外形和網格。由于參數化后，幾何外形的改 變十分的迅速和容易，比如設計不同形狀的進口和出口會大大加速。
非結構四面體網格全自動方式生成，表面網格的密度及邊界層網格需要手工設定。 為了充分的預測座艙內部壁面的熱流，有必要精確分辨近壁區域的流場和溫度場，因此 邊界層要充分分辨。
展開 精華 | 基于TAITherm軟件進行人體熱舒適性分析
在整車的產品開發過程中，熱舒適性作為重要的評價指標已經被越來越多的整車廠所重視。這一指標的存在可以更好的服務于空調系統設計開發過程。
影響人體熱舒適性的因素有多方面，對環境而言，除了空氣的溫度、濕度和流速外，還有環境對人體的平均輻射溫度；對人體而言，有人體的代謝產熱量和衣著熱阻。人在環境中的冷熱感覺是這六大因素對人體共同作用的結果。
熱舒適度評價標準
早期的熱舒適度標準，如預期平均投票數(PMV，Fanger 1970)、預測不滿意百分數(PPD，Fanger 1982)、當量均勻溫度(EHT，Wyon et al. 1989)、標準有效溫度(SET，Gagge 1986)和動態熱感知(DTS，Fiala et al. 2003)等均是基于環境的評價標準，而Berkeley舒適度模型（Zhang et al. 2009）是基于人體生理機能的熱舒適度評價標準，并考慮局部舒適度對整體熱舒適度的影響，更加適合艙體等氣流不均的密閉空間。
如何在空調系統的設計過程中借助仿真分析獲得人體熱舒適性的評價指標？進而作為空調系統好壞的評價標準。在此過程中既能完成出風口布局優化設計，也為車身隔熱設計獲得支撐數據；既考慮外界環境包括太陽光照射的影響，又考慮人體自身生熱影響；并評估空調系統在規定時間內將艙內溫度降到規定溫度的能力。本文將通過基于專業熱設計軟件TAITherm進行人體熱舒適性分析的案例對上述問題給出答案。
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——駕駛室乘客的熱舒適性
如今，乘用車不僅要具備交通運輸功能，還要考慮到車內人員的舒適性。本篇博文基于STAR-CCM+這款軟件，進行汽車駕駛室乘客的熱舒適性的分析。
1、
問題描述
熱舒適性管理(TCM) 模型充分考慮了人體的特性。使您可以監測皮膚表面溫度下的流體情況的效果。TCM模型運行其可基于周圍環境計算出乘客的熱狀態。，如下所示：
2、
STAR-CCM+設置
（1）設置物理屬性；本案例流體是恒密度的，且需要考慮熱舒適性，設置通過駕駛室氣流物理屬性如下：
（2）激活熱舒適性模型可向對象樹添加兩個新節點，即 TCM 乘客和 TCM 邊界，以及求解器 > 熱舒適性節點。這兩個新節點是熱舒適性向導信息的占位符。
（3）設置邊界條件，在Regions> Fluid > Boundaries node.節點，選擇邊界1- Head to 14 – RightFoot，將其熱規范都改成溫度。選擇邊界Cabin、Console、Doors、Roof、Windows，將其熱規范都改成對流。選擇所有的進口，將入口邊界指定為質量流量入口，將入口的湍流指定更改為帶長度尺度的湍流密度。將出口邊界改為outlet。
（4）激活熱舒適性；單擊（熱舒適性向導）。常規選項卡，設置乘客的身高、代謝率和服裝阻力，身體每個部位的溫度等。設置結果如下：
單擊熱舒適性向導對話框頂部的高級設置選項卡。設置溫度限制器，溫度模型，迭代次數，設置結果如下：
單擊熱舒適性向導對話框頂部的外部對流和輻射選項卡。定義模型中的所有熱邊界屬性，并指定入口的質量流率和溫度。
展開 
空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
①、通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。
②、通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。
③、通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
展開 視頻 I 如何優化熱管理策略，提高電動汽車座艙舒適性
為乘員提供更好的電動汽車座艙舒適性體驗
電動汽車 (EV) 能量管理優化是減少里程焦慮的關鍵。在極端溫度條件下，座艙熱舒適性管理是最大的能耗因素之一。這是否意味著必須為了自動駕駛而犧牲乘員舒適性？工程師要想平衡這一重大挑戰，有哪些選項可供選擇？從早期階段到校準階段，如何預測乘員熱舒適性并盡可能降低其對整體能量流的影響？
電動汽車座艙熱管理策略中缺失的一環
可采用兩種建模策略預測熱系統性能。系統仿真可確定系統架構規模并在集成階段評估設計。相較之下，計算流體力學 (CFD) 仿真可提供十分詳細的組件級別的分析。在孤立的方法中，以上任一種仿真都可用于評估系統不同水平的保真度。但是，同時采用這兩種仿真可幫助加速和進一步保護設計流程。
要想填補可將這兩者完美結合的缺失環節，敬請觀看這場由弗雷德·羅斯 (Fred Ross) 和托馬斯·德斯巴拉茨 (Thomas Desbarat) 主講的網絡研討會。您將了解如何通過在結構化和直觀的工作流程中采用連續 1D – CFD 方法進行仿真來優化電動汽車座艙熱管理策略。
▼
點擊鏈接登記領取資料
http://t8iw4ulf0hpixn8k.mikecrm.com/qP7OQQx
部分內容截圖
▼
講師介紹
▼
Frederick Ross
Simcenter 流體和熱領域汽車業務開發經理, Siemens Digital Industries Software
弗雷德里克 (Frederick) 于 1989 年加入 CD-Adapco，該公司隨后于 2016 年被西門子收購，他擁有豐富的經驗，主要致力于與客戶合作開發各種應用，例如車輛熱保護、空氣動力學以及乘員熱舒適性。
展開 Moldex3D模流分析之熱固性材料與熱塑性材料的區別
然而，隨著塑料的應用越來越多樣化，加工的復雜度及多樣性也持續上升，也因此供貨商必須持續優化其制程，以迎合市場所需的產品性能。
材料供貨商總是需要開發新尖端技術并且修改現有的技術以滿足變化快速的市場需求。在這些新的材料被銷售到制造商前，材料供貨商必須確保材料在成型后，經過嚴苛的成型條件仍具有材料所需的性能，如耐沖擊性、耐久性及抗化學性等等。因此，為了保持競爭優勢，材料供貨商需針對新的材料深入研究其在實際制程中的各種行為及作用，以便提供其下游客戶更好的服務。Moldex3D解決方案透過真實的3D模擬技術，提供材料供貨商驗證及評估其材料在復雜制程中的各種行
熱塑性材料
聚合物的分子量是主要控制塑料機械性質的因素，較重的分子量將導致更多的鏈結纏繞，也因此提高了材料的機械性質。然后，因為其黏度上升，模具內的充填變得更加困難，也影響在成型階段塑料的可加工性。當塑料的機械性質超過了某個閥值后將趨于穩定。因此，如何找到尚未加工過的聚合物分子量范圍，是至關重要的一環。Moldex3D透過準確的材料數據幫助材料供貨商確認塑料成型過程中的行為，并進一步優化其配方。此外，許多添加劑如增塑劑、阻燃劑、熱穩定劑、光穩定劑及增強劑等等，也都會影響其成型及最后的產品性能。舉例來說，著色劑會對塑料的成型以及流動產生極大的影響，如老虎紋。藉由全新的Moldex3D模擬，實時的分析并回饋材料供貨商，對其材料配方進行優化有相當大的幫助。
熱固性材料
熱固性材料與熱塑性材料最大的區別是在熱環境之下的固化現象，熱固性材料在受熱后無法再加工。也因此成型期間的融膠流動也隨之改變。材料供貨商總希望優化其設計，并在黏度及固化程度間找到適當的平衡點，這對可加工性以及產品周期有著相當大的影響。
展開 航天器熱控系統的可靠性設計與分析
針對國內外航天器熱控制、熱管理技術的發展現狀,在詳細調研各種航天器熱控系統組成原理與功能實現方式的基礎上,從可靠性的角度出發,歸納、總結了航天器熱控系統中串聯、并聯、表決、儲備四種常見的可靠性設計模式及其相應的可靠性分析計算模型,介紹了其在空間站、月球探測
航天器熱控系統的可靠性設計與分析.pdf
8/4 Ansys電子產品熱可靠性分析解決方案
課程簡介：
根據權威機構統計, 電子產品的失效有55% 是跟溫度相關的, 因此熱可靠性分析對于電子產品來說至關重要. 如何準確地獲取溫度是熱可靠性分析的前提, Ansys Icepak 的多物理場解決方案具有獨特的優勢. 本文將介紹高頻, 低頻, SI, 電子封裝等電子產品行業內關心的熱技術痛點, 以及 Ansys Icepak 相關的解決方案。
講師簡介：
柴輝生，Ansys Icepak 高級應用工程師。2018年底加入Ansys公司，具有多年的電子產品熱仿真和熱設計工作經歷，涉及的產品包括逆變器、APF、SVF、電機控制器、鋰電池包、雷達、HUD (汽車抬頭顯示器)、電源模塊、通信機箱、交換機等。
點擊報名：http://event.31huiyi.com/1900573809/index?c=jishulink
展開 7/30 先進芯片設計中熱效應的可靠性分析
內容簡介：
在先進工藝下，隨著芯片規模與功耗密度的提高，考慮熱效應的可靠性分析成為了Sign-off標準的一環。Ansys通過先進的熱模型提供芯片，封裝和系統聯合的熱分析方案，Ansys已經與各大主流Foundry合作，在熱分析領域處于行業領先地位。
講師簡介：
張書強，Ansys中國半導體事業部技術支持經理。自2010年加入Ansys以來，一直從事芯片-封裝-系統協同設計和協同仿真領域的技術支持工作。主要研究領域：芯片-封裝-系統電源/信號/熱完整性協同仿真分析，芯片功耗噪聲簽核分析。
報名鏈接：http://event.31huiyi.com/1896188284/index?c=jishulink
展開 免費直播 | Ansys在電-熱-結構領域的可靠性分析專題
【直播目錄】
【直播詳情】
（一）Ansys電子產品熱可靠性分析解決方案
培訓內容
根據權威機構統計, 電子產品的失效有55% 是跟溫度相關的, 因此熱可靠性分析對于電子產品來說至關重要. 如何準確地獲取溫度是熱可靠性分析的前提, Ansys Icepak 的多物理場解決方案具有獨特的優勢. 本文將介紹高頻, 低頻, SI, 電子封裝等電子產品行業內關心的熱技術痛點, 以及 Ansys Icepak 相關的解決方案。
課程對象
電子產品散熱設計的企業，尤其是關注電熱耦合的企業
培訓時間
8月4日16：00
主講講師簡介
柴輝生
Ansys Icepak 高級應用工程師。2018年底加入Ansys公司，具有多年的電子產品熱仿真和熱設計工作經歷，涉及的產品包括逆變器、APF、SVF、電機控制器、鋰電池包、雷達、HUD (汽車抬頭顯示器)、電源模塊、通信機箱、交換機等。
費用：免費
點擊圖片或點擊鏈接報名：http://event.31huiyi.com/1900573809/index?c=jishulink
（二）Ansys結構-熱-可靠性聯合仿真解決方案
培訓內容
在電子產品日新月異的今天，器件功耗越來越大，體積卻越來越小，使用環境也日趨惡劣。現在電子產品的使用壽命，是電子行業從業人員需要重點考慮的課題。然而電子產品多熱算過熱？封裝焊球在多少次溫度循環后會斷裂失效，發生在哪里，失效概率是多少？電子元器件在受振動后會不會發生斷裂失效，會滿足多少次振動循環？這對于電子工程師而言，都是很難在實際試驗測試前給與明確答案的......在Ansys 收購電子產品可靠性分析軟件Sherlock后，以上問題都可以迎刃而解。
展開 
RedHawk-SC-Electrothermal 2023新功能: TSMC 3Dblox 電源和熱完整性分析
主要研究領域：芯片-封裝-系統電源/信號/熱完整性協同仿真分析。
報名方式
點擊下方鏈接 免費 報名直播??
https://s.jishulink.com/AyF9aI
Ansys將于6月15日推出「仿真賦能研發創新——Ansys西南區域產品研討論會」
本次線下活動將介紹最新的 Ansys 全系列產品解決方案，Ansys 技術專家將分享Ansys產品及典型行業應用，觀眾還有機會近距離進行互動交流，歡迎大家報名參會。
基于MoldFlow的直壓式熱固性成型分析（反應壓縮成型）
從MoldFlow2015開始，MoldFlow就提供了反應壓縮成型的分析類型，這種分析類型相對于熱塑性成型，應用的領域較小，筆者所在的公司，一直從事熱固性產品的生產，成型的方式也不是使用注塑機，而是通過模具直接擠壓原材料(打成餅)，將材料擠壓進型腔，材料在此過程經歷熱和壓力后，先液化再固化，這種成型方式在MoldFlow早期的版本中不支持，從2015版本開始才支持，筆者也在通過MoldFlow軟件，了解產品的成型過程，為工程師提供一個直觀的成型過程！
基本參數如下：
o 材質：X7010
o 充填+保壓時間：25S
o 其他工藝設置:保壓力100Ton
分析模型如上：綠色部分為熱固性材料制成的餅，紫色部分為成型后的形狀！
由于大多數對反應壓縮成型的設置過程不是很熟悉，這里簡單的說明一下具體的設置過程：
1:新建一個工程算例，選擇分析類型為反應壓縮成型
2：劃分網格，并在邊界設置中指定綠色區域為初始充注單元：
3：指定紫色區域為壓縮單元區域：
設置完畢后，指定材料，并設置相關工藝參數，提交分析，其他的步驟和注塑分析一致，就不一一詳述了；
分析結果如下：
成型動畫如下：
流動前沿溫度
纖維取向
氣穴預測
從整個填充過程動畫看，此種填充方式與傳遞模具相比，各個穴位在填充階段分批次填充，周邊區域穴位有部分為熔接線，各個穴位的困氣情況不一；此次分析強制保壓壓力為100Ton，從分析看，填充過程需要的力較小；從纖維取向看，各個穴位的纖維配向不一；
展開 基于MoldFlow的直壓式熱固性成型分析（反應壓縮成型）
從MoldFlow2015開始，MoldFlow就提供了反應壓縮成型的分析類型，這種分析類型相對于熱塑性成型，應用的領域較小，筆者所在的公司，一直從事熱固性產品的生產，成型的方式也不是使用注塑機，而是通過模具直接擠壓原材料(打成餅)，將材料擠壓進型腔，材料在此過程經歷熱和壓力后，先液化再固化，這種成型方式在MoldFlow早期的版本中不支持，從2015版本開始才支持，筆者也在通過MoldFlow軟件，了解產品的成型過程，為工程師提供一個直觀的成型過程！
基本參數如下：
o 材質：X7010
o 充填+保壓時間：25S
o 其他工藝設置:保壓力100Ton
分析模型如上：綠色部分為熱固性材料制成的餅，紫色部分為成型后的形狀！
由于大多數對反應壓縮成型的設置過程不是很熟悉，這里簡單的說明一下具體的設置過程：
1:新建一個工程算例，選擇分析類型為反應壓縮成型
2：劃分網格，并在邊界設置中指定綠色區域為初始充注單元：
3：指定紫色區域為壓縮單元區域：
設置完畢后，指定材料，并設置相關工藝參數，提交分析，其他的步驟和注塑分析一致，就不一一詳述了；
分析結果如下：
成型動畫如下：
流動前沿溫度
纖維取向
氣穴預測
從整個填充過程動畫看，此種填充方式與傳遞模具相比，各個穴位在填充階段分批次填充，周邊區域穴位有部分為熔接線，各個穴位的困氣情況不一；此次分析強制保壓壓力為100Ton，從分析看，填充過程需要的力較小；從纖維取向看，各個穴位的纖維配向不一；
展開 某鋼鐵公司SDS脫硫反應器，進行熱風爐補熱溫度場分析及小蘇打顆粒的氣固兩相流分析，研究其溫度場和顆粒混合的均勻性 ￥20
本案例為某鋼鐵有限公司2×600t/d石灰雙膛窯SDS脫硫反應器，脫硫工藝采用鈉基干法脫硫+布袋除塵器方案；本次模擬主要有兩個目的：（1）由于冬季SDS反應器內煙氣溫度較低（約70℃），需通過熱風爐將煙氣加熱至約150℃，因此，需對熱風爐后的溫度場進行模擬，并添加合適導流形式，以保證在短距離內可實現溫度的均勻分布；（2）小蘇打噴槍沿煙道徑向垂直深入，為保證均勻噴射，對噴射點及后續流場進行模擬，分析SDS反應器內小蘇打顆粒的分布狀態，并添加相應的擾流措施來確保小蘇打又好又快地與煙氣混合均勻。
模型建立
按照反應器所提供圖紙大小以1：1建立三維模型，模型如下：
圖1 SDS反應器模型
圖中in1為溫度場監測面，i1~i3為小蘇打顆粒分布監測面。
邊界條件
計算參數如下，q1煙氣量為113077m3/h，煙氣溫度為70℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為26.88m/s；q2煙氣量為26385m3/h，煙氣溫度為70℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為14.59m/s；熱風爐進口熱煙氣量可等同于約22317m3/h，進口速度為42.71m/s；小蘇打粉量63kg/h；出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用LES模型，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面。
展開 