力學(xué)與熱物理耦合的案例
鋁電解槽多物理場耦合分析之電-熱-結(jié)構(gòu)耦合計算
為了節(jié)省計算時間，計算熱應(yīng)力時采用半槽模型進行計算。
圖3 熱應(yīng)力計算模型
（1）溫度分布邊界直接由電熱場計算結(jié)果導(dǎo)入。
（2）位移邊界為AB梁底部的支柱固定。
（3）所施加載荷為：
重力加速度9.8m/s2
槽內(nèi)熔體的壓力：
上部結(jié)構(gòu)壓力
圖 4 溫度分布由熱場計算結(jié)果導(dǎo)入
3 后處理結(jié)果和分析
電解槽的總位移以及X，Y，Z方向位移如圖5所示。其中X方向為煙道端到出鋁端，Y方向為進電端到出電端，Z方向為豎直方向。總位移最大值為29.8mm，位于陰極炭塊上表面。由于內(nèi)襯的熱膨脹和陰極炭塊的鈉膨脹，電解槽有上拱的趨勢，中間的炭塊上拱最明顯。
圖5 電解槽位移計算結(jié)果
電解槽應(yīng)力計算結(jié)果如圖6所示。最大應(yīng)力為422Mpa，位于搖籃架拐角處，此處應(yīng)力集中比較嚴重。
圖6 電解槽Mises應(yīng)力
4 小結(jié)
本文建立了電解槽熱應(yīng)力-鈉膨脹耦合計算模型，提出了利用傳熱和擴散的相似性來模擬鈉擴散的方法，并根據(jù)計算出的鈉濃度分布把鈉膨脹轉(zhuǎn)化為熱膨脹，模擬了電解槽的鈉膨脹應(yīng)力和熱應(yīng)力。模型中考慮了材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內(nèi)襯的受熱收縮效應(yīng)，得出了與實際情況比較相近的結(jié)果。
展開 鎳鉻電阻層熱-電-力多物理場耦合仿真 ￥500
這是由于熱導(dǎo)致的界面應(yīng)力過 大引起的。電阻層一旦分離，其局部就會過熱，這又加速了電阻層的分離。最后，在 最糟糕的情況下，電路可能會過熱并燒壞。從這一角度而言，研究由于溫差以及電阻 層和基板的不同熱膨脹系數(shù)引起的界面張力也很重要。電阻層的幾何形狀是設(shè)計電路 正常工作的關(guān)鍵參數(shù)。可以通過模擬電路來研究上述所有方面。
本案例基于一加熱電路模型，它由沉積在玻璃板上的電阻層組成，向電路施加電壓時，該電阻層產(chǎn)生焦耳熱。該電阻層的屬性決定了產(chǎn)生的熱量。模擬了加熱電路的焦耳熱分布以及熱膨脹變形，模擬結(jié)果如圖所示：
焦耳熱分布云圖
電熱板熱膨脹變形
感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流
展開 基于Rsoft多物理場耦合的熱光調(diào)制模擬
大家好，今天我分享的案例模型是一種基于光耦合器的熱光調(diào)制光開關(guān)模型。是基于rsoft軟件中beam模塊耦合熱光調(diào)制物理場而展開模擬研究的。
圖1 熱光調(diào)制光開關(guān)基本幾何模型
其中加熱電極為鋁電極，具體配置的材料參數(shù)圖示如下圖2所示：
圖2鋁電極材料設(shè)置參數(shù)
其中參數(shù)WA,PxA均為參數(shù)變量，可自行設(shè)定控制波導(dǎo)所在位置。由于熱光調(diào)制效應(yīng)需要涉及到物理場熱光效應(yīng)模塊，因此對于波導(dǎo)、鋁電極材料分別進行相應(yīng)材料參數(shù)設(shè)定。具體如下圖3所示
圖3 波導(dǎo)材料及鋁熱電極熱光材料參數(shù)設(shè)定
在完成多物理場耦合設(shè)置后，進行物理場模擬運算，運算結(jié)果如下所示，由于溫度的變化導(dǎo)致波導(dǎo)表面的折射率發(fā)生相應(yīng)的改變：
圖4 溫度變化導(dǎo)致波導(dǎo)表面處有折射率變化
圖5 熱光調(diào)制光開光結(jié)果圖
如圖5所示，為耦合式光開關(guān)調(diào)控光場的模擬示意圖，藍色為入射光波導(dǎo)中的光監(jiān)測能量，綠色為耦合端波導(dǎo)的耦合光能量。因為加熱電極對耦合器的熱光調(diào)制作用會使得入射光端處的光能量更顯著一些，而耦合端的光能量較低。因此可實現(xiàn)光開關(guān)的閉合和通路的作用。
最后，有需要歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
展開 壓力容器內(nèi)的熱-流多物理場耦合數(shù)值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一壓力容器，考慮了兩種計算工況：（1）全開A口，關(guān)閉B口，關(guān)閉C口；（2）全開A口和B口，開放C口，容器內(nèi)的速度場、溫度場和壓力場的動態(tài)變化分布。仿真結(jié)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?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9
展開 
簡化呼吸道內(nèi)濕-熱多物理場耦合仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一簡化呼吸道模型，如圖1所示，基于此模型，采用COMSOL軟件模擬了呼吸道內(nèi)循環(huán)呼吸作用下通道內(nèi)的溫度場以及濕度場的隨時間變化，仿真結(jié)果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/83dbcce8e3414ac1bbe32461b00b341e.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 簡化呼吸道模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/1267ea35d6bf4a5890a77cf325ffc96a.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>呼吸道內(nèi)速度場變化</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/64bd4dbb3c044243b4b44ce67f69d870.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>呼吸道內(nèi)溫度場變化</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/d1bc2df911e44026ada79484de824ba7.gif" alt="Untitled3.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>呼吸道內(nèi)濕度場變化</strong></p><div contenteditable="false" width="100%
展開 結(jié)構(gòu)、流體、熱分析、多物理場耦合、電磁仿真硬件配置探討-1
主要內(nèi)容
1.有限元分析概述
2.有限元分析模擬計算過程分析與計算特點
2.1有限元前處理（建模、網(wǎng)格劃分）計算特點
2.2有限元求解計算特點與硬件配置分析
2.2.1動態(tài)結(jié)構(gòu)（碰撞、爆炸、沖擊等）仿真計算特點
2.2.2靜態(tài)結(jié)構(gòu)（強度、振動、耐久、復(fù)合材料）仿真計算特點
2.2.3流體力學(xué)仿真計算特點
2.2.4多物理場耦合仿真計算特點
2.2.5電磁仿真仿真計算特點
3.工程仿真計算工作站配置推薦
3.1 工作站機型介紹
3.2建模與求解專業(yè)硬件配置參考
3.3 工作站建模、求解計算硬件配置推薦
（一）有限元分析介紹
有限元分析（FEA）借助高性能計算機工具，用“數(shù)值近似”和“離散化”方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬，如求解結(jié)構(gòu)、熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題
有限元法在工程設(shè)計和科研領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為解決復(fù)雜工程分析計算問題的有效途徑，從汽車到航天飛機幾乎所有的設(shè)計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源和科學(xué)研究等各個領(lǐng)域的應(yīng)用普及，已使設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。
展開 基于comsol的三相變壓器電磁、熱、固、噪聲多物理場耦合仿真分析 ￥4500
</p><p><br></p><p> 此次采用Comsol制作了三相變壓器 電磁、熱、固、噪聲多物理場耦合模型，分析三相變壓器在多次諧波工況下的表現(xiàn)。</p><p><br></p><p>磁通密度分布</p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202103/b099017da79a47fe99815fa842e6d1a7.gif" height="356" width="508"></p><p><br></p><p>變壓器線圈的電流電壓表現(xiàn)：</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/4e5e972d90084597b806611d2541b7b3.png" title="QQ圖片20211217113513.png" alt="QQ圖片20211217113513.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/4e5e972d90084597b806611d2541b7b3.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/4e5e972d90084597b806611d2541b7b3.png?
展開 “COMSOL軟件+多物理場耦合仿真”培訓(xùn)第十期：網(wǎng)格/流動傳熱/光電/力學(xué)/電磁場分析/經(jīng)典案例
各企事業(yè)單位、高等院校及科研院所：
COMSOL是一款大型的高級數(shù)值仿真軟件，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的科學(xué)研究以及工程計算，在多物理場耦合分析方面有其獨到的優(yōu)勢，因此被應(yīng)用于各個相關(guān)科研和產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，在我國擁有非常廣闊的前景。多物理場耦合仿真分析是近年來應(yīng)用比較廣泛的有限元仿真分析方法，大大的縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，提高科研效率。為進一步推動高等院校、科研院所及企事業(yè)單位在COMSOL多物理耦合研究工作的開展，中科軟研（北京）科學(xué)技術(shù)中心（http://www.fzby.org.cn/）特邀一線專家共同舉辦COMSOL通用多物理場耦合仿真核心技術(shù)應(yīng)用與案例實戰(zhàn)在線培訓(xùn)班。本次培訓(xùn)課程從幾何創(chuàng)建、交互式網(wǎng)格剖分技術(shù)、模型設(shè)定、后處理、多物理場模擬等方面進行了介紹，并結(jié)合實際案例進行了詳細的講解和具體的操作指導(dǎo)。由中科軟研（北京）科學(xué)技術(shù)中心主辦、北京富卓佰揚科技有限公司承辦。具體事宜如下：
1 培訓(xùn)目標
1、能夠利用COMSOL軟件進行具體項目和科研工作的開展；
2、對配套的專業(yè)多物理場仿真理論有較深的理解，并掌握軟件的使用。
3、通過原理解析、大量實例操作強化應(yīng)用，提升學(xué)員解決實際工程問題的能力。
4、建立學(xué)員微信群，學(xué)完后可以繼續(xù)在群里與主講老師、同學(xué)交流問題，鞏固學(xué)習內(nèi)容。
注：參加線上培訓(xùn)，以后本人可以免費參加相同線上及線下課程，不限次數(shù)、學(xué)會為止！
2 培訓(xùn)優(yōu)勢
1、報名繳費后提前獲取電子講義及模型，可提前預(yù)習；全程錄制視頻，支持回放；
2、培訓(xùn)老師理論和工程經(jīng)驗豐富，我們會結(jié)合學(xué)員實際需求備課并補充相關(guān)內(nèi)容；
3、培訓(xùn)結(jié)束后，培訓(xùn)老師留給學(xué)員手機和Email，提供技術(shù)支持，充分保證培訓(xùn)后出效果。
3 培訓(xùn)專家
中國科學(xué)院、清華大學(xué)、四川大學(xué)等科研機構(gòu)的高級專家。
展開 用戶作品賞析 | Ansys Workbench多物理場耦合技術(shù)在車載電力產(chǎn)品熱分析領(lǐng)域的應(yīng)用
獲獎作品一覽
想要了解更多作品詳細內(nèi)容，歡迎大家前往2021 Ansys Innovation大會虛擬平臺查看精彩報告內(nèi)容 ——Ansys Workbench多物理場耦合技術(shù)在車載電力產(chǎn)品熱分析領(lǐng)域的應(yīng)用
4月9-11日 北京 | ANSYS流固熱多物理場耦合計算工程應(yīng)用方法專題
一、專題目標：
通過培訓(xùn)，使學(xué)員能夠掌握利用AN
SYS系列模塊構(gòu)建流固熱多物理場耦合仿真流程；能夠?qū)こ讨械亩?em>物理場現(xiàn)象獨立建模、仿真并進行數(shù)據(jù)分析。
二、工程案例：10個工程案例
三、典型問題：多物理場仿真流程構(gòu)建。
四、知識點：流固熱多物理場數(shù)據(jù)傳遞方式；流固熱仿真流程；仿真軟件參數(shù)設(shè)置及注意事項。
基于COMSOL 多物理場耦合&偏微分方程（PDE）的甲烷水合物注熱-降壓聯(lián)合開采數(shù)值模擬
1、共采用5個物理場：水合物分解場、甲烷氣體滲流場、水滲流場、溫度場、固體力學(xué)場；
2、使用PDE模塊進行建模，使各個參數(shù)完全耦合起來；
3、考慮了開采前儲層的初始理化參數(shù)，如孔隙度phi_0、飽和度S_h0、彈性模量E_0等；
4、所有耦合方程采用文獻中現(xiàn)有的已證方程；
5、收斂性和魯棒性較好，方便后續(xù)建模參數(shù)修改；
6、僅作結(jié)果展示（分解時間1h），時間（0 0.001 1）；
7、友好交流共同進步，請私信聯(lián)系我。（請注明來意）。
8、工程應(yīng)用：水合注熱-降壓法開采、永久凍土區(qū)凍融、煤層氣開采流固耦合相關(guān)。
展開 
【3月29日-4月1日 上海】流-熱-固多物理場耦合高級技術(shù)培訓(xùn)
實例模型課程中人手一機操作指導(dǎo)
實例1：電路板芯片發(fā)熱的熱應(yīng)力計算
實例2：盤式制動器制動過程摩擦生熱計算
實例3：平板對焊焊接及殘余應(yīng)力分析
實例4：換熱器單向流熱耦合（共軛傳熱）
實例5：水中移動熱源的雙向流熱耦合
例6：傳感器探針的單向流固耦合
實例7：風載荷作用下廣告牌的單向流固耦合計算
實例8：結(jié)構(gòu)入水的VOF+FSI耦合計算
實例9：風機流固耦合模態(tài)計算
實例10：三通管接頭流固熱耦合計算
實例11：閥門開啟過程的雙向流固耦合
實例12：罐車制動過程液體沖擊力的流固耦合計算
給方法解決以下關(guān)鍵問題：
1、有限元分析關(guān)鍵在于結(jié)果的可用性，有豐富的工程案例積累，帶問題到現(xiàn)場答疑解惑；
2、通過12個模型現(xiàn)場操作訓(xùn)練，解決各類工程中遇到的結(jié)構(gòu)振動與沖擊問題；
3、多維度、多角度強化認知、懂每一步驟的設(shè)置又清楚每一步設(shè)置背后的原理；
4、詳細講解流-熱-固耦合計算的原理；詳細講解軟件每一步設(shè)置的含義和工程應(yīng)用中的注意事項。
本質(zhì)問題與差異化
1、工程案例積累：專注CAE仿真計算，有大量的工程案例
2、關(guān)注計算結(jié)果：把仿真分析結(jié)果運用到產(chǎn)品中是核心理念
3、師資與專屬權(quán)：7000多學(xué)員反饋、提煉的精選內(nèi)容與實例，形成版權(quán)課程體系
4、問題響應(yīng)參與：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應(yīng)
5、效果保障措施：所有學(xué)員提供高配筆記本、模型、電子資料、操作軟件
主講專家
12年專注CAE技術(shù)工程應(yīng)用方法，為客戶提供系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量提升和優(yōu)化的技術(shù)方案，具備上百例的工程問題解決經(jīng)驗，熟悉CAE技術(shù)應(yīng)用過程中的難點與關(guān)鍵點，團隊提供有價值的CAE技術(shù)服務(wù)。
展開 在求解多物理場模型時，你應(yīng)該選擇全耦合還是分步求解？ 附多物理場耦合模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論下載
“全耦合”特征中使用的迭代求解器。
“分離步驟”特征中使用的直接求解器。
下載地址：多物理場耦合模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論
多物理場耦合計算，從新建一個文件夾開始——《非線性計算與多物理場耦合》之三 ￥600
<p>本次課程以一個簡單的實際問題出發(fā)，講述多物理場耦合方程的推導(dǎo)方法以及離散形式，并手把手從新建一個文件夾開始，帶著大家一起從第一行代碼開始敲。程序結(jié)果與ANSYS對比高度吻合，在我的系列視頻課程中免費試看，希望對大家有所幫助。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png" title="屏幕截圖 2021-10-16 173003.png" alt="屏幕截圖 2021-10-16 173003.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png?
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電熱場耦合計算
然而，鋁電解過程是一個電場、磁場、熱場、力場、流場以及濃度場復(fù)雜多物理場共同作用的過程，分析各場的作用機理，才能準確的描述鋁電解槽運行規(guī)律。開展多物理場仿真研究，逐步掌握鋁電解槽的運行規(guī)律，實現(xiàn)高效率、低能耗的鋁電解槽生產(chǎn)是鋁電解技術(shù)發(fā)展的趨勢。
電熱場耦合計算
1 模型說明
電熱場計算模型主要包括：立柱母線、大母線、陽極導(dǎo)桿、爆炸焊、陽極鋼爪、磷生鐵、陽極炭塊、電解質(zhì)、鋁液、爐幫、陰極炭塊、鋼棒、扎糊、槽殼、搖籃架以及側(cè)部和底部的保溫材料。
槽幫模型的建立是通過建立槽幫橫截面形狀再拉伸而成。通過不斷調(diào)整橫截面形狀，可以調(diào)整槽幫模型，最終使槽幫表面節(jié)點溫度達到電解質(zhì)結(jié)晶點。
拉伸而成的槽幫模型和角部炭塊模型有一部分是重疊的，需要進行布爾操作，而Solidworks里面沒有相減的布爾操作，所以布爾操作在導(dǎo)入workbench后進行。
陽極高度根據(jù)換極表確定。
圖1熱場計算整體模型
2 邊界條件
1、電場邊界條件
（1）立柱母線底部施加總電流420KA
（2）陰極鋼棒端頭施加零電位
2、熱場邊界條件
（1）電解槽周圍溫度按照車間實測溫度施加為50℃，覆蓋料表面溫度施加為槽內(nèi)煙氣溫度120℃，其余位置根據(jù)實測結(jié)果給出。
（2）覆蓋料與槽罩內(nèi)的空氣為對流和輻射換熱，綜合傳熱系數(shù)由公式確定。
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