熱環境分析的案例
[OCAD]光學系統熱環境分析
圖3.光學系統熱環境分析數據表
建立好以上數據即可進行各種光學計算及分析，及時了解系統熱環境變化后系統成像質量的變化以便及時采取措施，更換材料以求系統熱平衡。
為了同時了解各不同環境的復雜變化，程序可以同設置多重結構進行各種不同環境溫度和大氣壓力的組合。利用如圖1窗體填寫熱平衡數據就可類似計算變焦系統一樣以動畫形式同時計算系統在不同熱環境下的像差曲線如圖4及數據值供分析參考。
圖4.系統不同環境條件下像差曲線圖
圖5.系統熱平衡多重環境單選化綜合計算
在建立完多重使用環境條件后，必須選擇如圖5中“系統熱分析”可選項后，在每次做任何光學計算時都會同時計算或顯示各種不同環境下的數據或圖形，在顯示各種曲線或圖像時會像變焦系統一樣以動畫的形式動態顯示，便于全面了解各種不同環境下系統成像質量的變化。
每次計算都要全面計算或顯示各種不同環境條件下的數據和圖形固然好，但會使整個計算量過大，影響計算與分析速度。為此還可以采用選擇在指定環境下進行計算和分析。此時只要放棄選擇“系統熱分析”，此時在該選擇條后會出現一個選擇文本框，如圖5。此時程序只計算指定環境條件下的各種數據。
展開 OCAD應用：光學系統熱環境分析
圖3.光學系統熱環境分析數據表
建立好以上數據即可進行各種光學計算及分析，及時了解系統熱環境變化后系統成像質量的變化以便及時采取措施，更換材料以求系統熱平衡。
為了同時了解各不同環境的復雜變化，程序可以同設置多重結構進行各種不同環境溫度和大氣壓力的組合。利用如圖1窗體填寫熱平衡數據就可類似計算變焦系統一樣以動畫形式同時計算系統在不同熱環境下的像差曲線如圖4及數據值供分析參考。
圖4.系統不同環境條件下像差曲線圖
圖5.系統熱平衡多重環境單選化綜合計算
在建立完多重使用環境條件后，必須選擇如圖5中“系統熱分析”可選項后，在每次做任何光學計算時都會同時計算或顯示各種不同環境下的數據或圖形，在顯示各種曲線或圖像時會像變焦系統一樣以動畫的形式動態顯示，便于全面了解各種不同環境下系統成像質量的變化。
每次計算都要全面計算或顯示各種不同環境條件下的數據和圖形固然好，但會使整個計算量過大，影響計算與分析速度。為此還可以采用選擇在指定環境下進行計算和分析。此時只要放棄選擇“系統熱分析”，此時在該選擇條后會出現一個選擇文本框，如圖5。此時程序只計算指定環境條件下的各種數據。
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正因為如此，由于各種材料在不同環境溫度和大氣壓力下的熱效應會使光學系統結構參數發生變化，這就是光學系統的熱效應。光學系統受環境熱效應的影響必然會影響系統的成像質量。為了保持光學系統成像質量的穩定，利用構成光學系統的各光學材料和金屬材料的不同熱效應影響平衡光學系統結構參數的關系維持系統成像質量的最佳效果，這就需要對光學系統的熱環境進行分析以求獲得一個滿意的結果，這就是光學系統熱分析，分析光學系統熱環境影響求得系統成像質量穩定，這就是光學系統熱環境分析的目的。
求得光學系統熱平衡，一般有以下途徑，一是適當選擇光學系統光學材料的熱效應影響，也就是利用光學材料的熱效應包括材料的熱環境對材料折射率的影響和零件中心厚度的影響，相互匹配求得系統成像質量的穩定；二是綜合考慮光學材料和金屬材料的熱環境影響平衡系統成像質量的穩定；三是精心設計光學系統的機械結構，采取復合套筒結構控制光學系統表面間隔變化求得系統成像質量穩定。所謂復合套筒結構就是利用不同膨脹系數的金屬材料構成雙筒式結構代替簡單的隔圈結構，可以任意獲得光學間隔的熱變化量。
圖1.系統熱平衡綜合計算
為了適應以上熱平衡效果，在OCAD程序主界面的“編輯”菜單內選取“光學系統熱環境分析”后會彈出如圖1光學系統熱環境分析窗體界面。在界面的表格上方給出了“環境溫度”和“大氣環境特性”的選擇。其中大氣環境特性的選擇還有“大氣壓力”和“海拔高度”兩種方式，其實不同海拔高度也就體現了對應大氣壓力，由于不同光學產品面對的要求不同，此兩種選擇方式只是為了適應不同的要求模式而定，程序還可以把海拔高度換算成對應大氣壓力。
圖2.系統熱熱環境分析
有了環境設置，就是光學系統光機結構參數，在界面的表格內不僅列出了系統光學參數，還有保證光學零件間隔的隔圈材料牌號及長度尺寸。
展開 智用Icepak環境級熱分析助力戶外產品工業設計
===============分割線，以下為正文=================
一、前言
按照使用環境和總體尺寸，熱分析可分為4個尺度級別：(1)元件級：電子模塊、散熱器、芯片封裝的熱分析；(2)板級：PCB板級的熱分析；(3)系統級：電子設備機箱、機柜以及方艙等系統級的熱分析；(4)環境級：機房、外太空等環境級的熱分析。工業設計實踐中，外觀顏色的確定是一項重要內容。戶內產品，顏色主要由美觀程度來決定。但對于戶外產品，特別是暴露于陽光下的柜體(箱體)結構形式，由于會吸收太陽熱輻射，為避免產品內部過高溫升，顏色的選擇大受限制。類似于柜體電源(或服務器、網絡設備等)的散熱必須同時考慮機房空間布置、機房空調冷量，戶外產品的散熱也受到周圍建筑結構和日照強度的影響。業界領先的熱設計軟件Icepak，可以指定待計算工況的發生時間、地理位置、陰晴天氣暨產品的擺放朝向，自動將太陽熱輻射代入計算流程，實現了在工業設計階段即可相對準確的把握整機熱流分布，進而為確定總體外觀提供可靠的參考。
二、常規無內熱源戶外產品
如圖1固定在型鋼框架上的戶外鈑金箱體，內部無熱源，寬600高800深160，重力方向為-Y，環境溫度20度。箱體表面狀態為噴涂白色，為便于區別計算，前蓋(圖中著色面)表面狀態取2種：噴涂白色和噴涂橘紅。在ICEPAK內自建表面材料”噴涂橘紅”如圖2，依據行業規范輻射率取0.8，漫射分數取1，太陽直接熱輻射載荷和漫輻射熱載荷的吸收率均取0.74。噴涂白色表面材料的輻射率和漫射分數不變，太陽直接熱輻射載荷和漫輻射熱載荷的吸收率均取0.1。太陽輻射的設置如圖3，工況發生時間取8月1日早上7點，發生地為廣州(時區GMT +8，北緯23度，東經112度)，X軸正向朝北(既前蓋朝正東)。晴天指數(sunshine fraction)取1。
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『分享』FLOMERICS IAE ThermaL電子產品熱設計集成分析環境(IAE)-59M
FLOMERICS IAE ThermaL
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清華大學——航天器熱控和環境控制生命保障系統熱網的優化
航天器熱控和環境控制生命保障系統熱網的優化
任健勛 張信榮 陳澤敬 梁新剛 清華大學工程力學系
摘要：為了對航天器熱控、環境控制生命保障系統進行減輕質量化研究，建立其熱網絡優化模擬的試驗系統，研究不同布局下熱網絡工作特性，以尋求熱網絡中熱組件布局對系統質量的影響規律。實驗結果表明：熱組件布局方式對系統換熱有明顯影響；熱組建的優化布局能使系統質量下降，其幅度與平均換熱溫差有關。實驗結果同理論分析及數值模擬結果相吻合。
關鍵詞：航天器熱控系統，環控生保，傳熱，熱網絡，優化
內容簡介：
1 實驗原理及系統
1.1 實驗原理
1.2 實驗系統
2 實驗過程
3 數據處理及誤差分析
3.1 模擬熱組件的換熱量
3.2 傳熱系數K
3.3 換熱面積及質量推算
4 實驗結果分析
4.1 換熱實驗結果
4.2 輕量化分析
5 結論
航天器熱控和環境控制生命保障系統熱網的優化.pdf
展開 奧運場館風環境分析與建筑云
奧運場館風環境分析與建筑云
作者：路明標
里約奧運會現在已經接近尾聲，在觀看各位運動員緊張激烈的比賽的同時，我們也見識到了各式各樣的奧運場館，包括室外田徑場地、網球場地，室內的籃球館、游泳館等等。
奧運場館往往會成為一屆奧運會的象征，比如1964年東京奧運會代代木體育館，2008年北京奧運會的鳥巢、水立方，2012年倫敦奧運會的“倫敦碗”等。
近年來，隨著“綠色奧運，科技奧運”理念的提出，在運動員向著“更高、更快、更強”的目標拼搏，打破一項又一項世界紀錄的同時，奧運場館的設計建設也要求越來越高，除了外觀的觀賞性以外，也越來越注重環保以及人體舒適性要求。
這其中最重要的一部分就是場館內風環境的分析，奧運場館內因為是進行體育競技的場所，風環境會對比賽有著很大的影響，尤其是羽毛球等室內比賽以及百米賽跑等競速比賽；同時風環境還對場館內熱環境有著決定性的影響，空氣流通及溫度分布情況極大的影響了場館內的人體舒適度。為了對場館內風環境有著更好的控制，奧運場館中都必須安裝機械通風裝置，比如空調、通風機等，而如何更好的節省機械通風裝置所消耗的能源，更好的利用自然通風等，都需要對場館內空間結構進行詳細分析，對空間分布及通風裝置位置進行優化。
南京天洑開發的建筑云仿真系統，基于CFD（計算流體力學）仿真技術，能夠對室外及室內場館的風環境及熱環境進行詳細分析，得出在場館內任意位置的氣體流動及溫度分布情況，從而能夠指導場館的空間結構設計，以及通風裝置的位置選取。
展開 用于極端環境下的熱防護材料——仿貝殼納米復合氣凝膠
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
極端環境（如深空和深海）對氣凝膠材料的熱防護性能提出了更高要求：一方面，氣凝膠需兼具超低熱導率（< 20 mW m
-1K
-1）和優異力學性能（高剛性、高柔性、超彈性等）；另一方面，需突破低成本和易規模化的氣凝膠制備技術，也讓原本艱巨的任務變得更加困難。
02
成果掠影
近日，東華大學朱美芳院士團隊設計并構筑了“多孔磚和纖維”結構的仿貝殼納米復合氣凝膠（SCQs），通過在層狀纖維素納米纖維凝膠網絡中原位生長介孔無機礦物來實現。基于跨維度、跨尺度的結構適配工作原理，該有機無機納米復合SCQs在環境壓力干燥過程中具有快速結構回復能力，為氣凝膠材料的低成本規模化制備奠定基礎。制備得到的納米復合氣凝膠具有優異的抗壓性能，可以承受成人的壓力而不變形，即使在更大的應力下（1.6噸汽車碾壓），依然能夠恢復其原始形狀，同時具有優異的彎曲柔性以適應各種防護表面；另一方面，該氣凝膠具有優異的絕熱性能，熱導率值低至17.4 mW m-1 K-1，遠低于理想的絕熱體-靜止的空氣，與目前航天用隔熱材料-多層隔熱氈相比，不僅具有更優異的耐熱性能，而且在一個大氣壓或稀薄氣壓環境均具有更優異的隔熱性能。多方面綜合優勢使這一氣凝膠材料在航空航天、國防軍工以及智能電子熱防護領域具有極大的應用前景。
展開 一石三鳥—光、濕、熱全穩定的環境友好型銅基鈣鈦礦光伏新材料
這項工作首次對環境友好型銅基鈣鈦礦材料(C6H5CH2NH3)2CuBr4的光電性質、穩定性及光伏性能進行了深入研究，發現(C6H5CH2NH3)2CuBr4不僅具有較高的吸光系數, 還具有優異的全方位穩定性，是目前報道的唯一能夠同時抵抗紫外光、濕、熱的不利影響的銅基鈣鈦礦材料。最后，文章證明了這種材料具有一定的光伏效應。
【圖文導讀】
圖一：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有層狀鈣鈦礦結構，從SEM可以清楚地看到其層狀特征。
圖二：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有禁帶寬度1.81 eV、吸光系數高，并研究了其能帶結構。
圖三：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有良好的濕度、熱穩定性。
圖四：器件結構及光伏效率。
【小結】
本文一種無鉛、高穩定的有機無機雜化鈣鈦礦新材料，并首次證明了其光伏效應，同時具有高的光吸收系數，為解決鈣鈦礦光吸收材料的穩定性和含鉛難題提供了一種新的選擇。
文獻鏈接：(C6H5CH2NH3)2CuBr4: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar Cell Applications - ACS Applied Energy Materials https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.8b00372.
【相關工作介紹】
一種高穩定無鉛銅基有機無機雜化光吸收新材料(C6H4NH2CuBr2I)。該成果以“Organic-Inorganic Copper(II)-Based Material: A Low-Toxic, Highly Stable Light Absorber for Photovoltaic Application”為題發表在美國化學會旗下的J. Phys.
展開 一種分層納米纖維自清潔紡織品，在高溫和寒冷環境中實現有效的個人熱管理
惡劣的天氣會影響人體的熱舒適性，導致中暑、皮膚損傷，甚至死亡。雖然已開發出各種主動熱管理系統，如空調等能源密集型產品，但其不方便便攜式使用。因此，開發被動式高性能熱管理紡織品尤為重要，它既能提高個人的熱舒適度，又能滿足節能減排的需求。
02
成果掠影
近期，東南大學趙東亮教授團隊制備了一種具有改進的隔熱和輻射熱管理功能的分層納米纖維(HNF)紡織品，用于在高溫下有效的個人熱管理。該紡織品由輻射冷卻層、中間保溫層和輻射加熱層組成，其中多孔木質纖維素氣凝膠膜(LCAM)作為中間層，導熱系數低(0.0366 W/(m·K))，在寒冷天氣下保證較少的熱量損失，在炎熱天氣下阻擋外界熱量。聚二甲基硅氧烷(PDMS)的引入提高了大氣窗口輻射冷卻層的熱輻射率(90.4%)，并賦予其完美的自清潔性能。戶外測試表明，HNF紡織品在炎熱環境下比白棉可實現降溫7.2℃，在寒冷環境下比黑棉保暖高達12.2℃。相關研究成果以“A Hierarchically Nanofibrous Self-Cleaning Textile for Efficient Personal Thermal Management in Severe Hot and Cold Environments”為題發表于《ACS Nano》。
展開 ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項目背景
蒸汽發生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉換的試驗裝置，求結構完整性有著至關重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導致結構失效的主要原因之一，因而計算器熱膨脹量至關重要。
2.項目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發生器排污換熱器梁單元三維模型，對其在設計溫度下的熱膨脹量進行計算，為后續驗證換熱器裝置的結構完整性提供依據。
3.理論計算
熱膨脹量理論計算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數，△T為溫差，L為管道計算長度
在本實例中，溫差△T：管側為310℃；殼側為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側為1500mm；殼側為800mm
計算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計算輸入
熱膨脹分析時，僅需要加溫度載荷，同時將框架底部固定約束即可。
展開 
ansys18.2焊接過程分析瞬態熱分析熱應力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
移動熱源通過插件實現
Moldex3D模流分析之內存環境問題
如何判定是否為環境問題
-只有一臺計算機會發生問題，在其他計算機無法重現。
-不同項目(模型幾何、材料、參數皆不同) 卻出現相同問題。
-計算機曾經有一段時間可以正常分析，后來才出問題。
? 硬件問題
-內存不足
o常見現象: 計算過程容易卡住，或是印出內存不足。
o參考解法: 增購內存 或者減少網格數量
-內存損壞
o常見現象: 程序不穩定，計算過程容易中斷，或是計算機當機。 使用檢查內存程序出現錯誤 (備忘1)
o參考解法: 請計算機廠商替換內存
-硬盤空間不足
o常見現象: 寫檔失敗
o參考解法: 檢視C槽 (包含計算節點)及 項目硬盤是否空間不足
-硬件配置沖突
o常見現象: 程序不穩定，計算過程容易中斷
o參考解法：一一更換硬件組件，找出故障組件。 （這包括顯示適配器。可能需要 IT 人員或計算機制造商的協助。）
o常見現象：運算不穩定，容易中斷
o參考解法: 更新驅動程序至最新版 (包含顯示適配器)
-網絡環境不穩定
o常見現象: 程序不穩定，計算過程容易中斷
o參考解法: 請計算機廠商提供建議
-其它硬件損壞
o常見現象: 程序不穩定，計算過程容易中斷
o參考解法: 逐一替換硬件，確認損壞對象。 (包含顯示適配器。 需要IT人員或計算機廠商協助。)
? 軟件問題
-Moldex3D 檔案問題
o部份檔案缺少或版本不一致
o部份檔案損壞
常見現象: 啟動計算失敗、Moldex3D 的Bin目錄出現檔案日期不一致。
展開 一分鐘了解穩態熱分析&瞬態熱分析
穩態熱分析的能量平衡方程為（以矩陣的形式表示）
式中，[K]為熱傳導矩陣，包含導熱系數、對流系數及輻射率和形狀系數；{T}為節點溫度向量；{Q}為節點熱流率向量，包含熱生成。
穩態傳熱用于分析穩定的熱載荷對系統或部件的影響。通常在進行瞬態熱分析之前，進行穩態熱分析用于確定初始溫度分布。穩態熱分析可以通過有限元計算確定由于穩定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數。
1.2.瞬態熱分析
瞬態傳熱過程是指一個系統的加熱或冷卻過程。在這個過程中，系統的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統內能隨時間都有明顯的變化。根據能量守恒定律，瞬態熱平衡方程可以表達為（以矩陣的形式表示）
式中，[K]為熱傳導矩陣，包含導熱系數、對流系數及輻射率和形狀系數；{T}為節點溫度向量；{C}為比熱矩陣，考慮系統內能的增加；{dT/dt}為節點溫度向量對時間的導數；{Q}為節點熱流率向量，包含熱生成。
瞬態傳熱用于計算一個系統隨時間變化的溫度場及其他熱參數。在工程上一般用瞬態熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應力分析。其基本步驟與穩態熱分析類似。主要的區別在于瞬態熱分析中的載荷是隨時間變化的。為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷~時間曲線分為載荷步。載荷~時間曲線中的每一個拐點為一個載荷步。對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階躍。
2.單軸直桿穩態熱分析
2.1.問題描述
如圖所示的單軸直桿傳熱模型（不考慮輻射和對流換熱），熱流率Q=1W從溫度T(0)端流入，流過長度L=400mm，橫截面積A=10×10mm2的直桿，從溫度T(L)=20°C端流出，假設材料為鋁合金，導熱系數k=100W/(m°C)，計算直桿的軸向溫度分布。
展開 Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例
1、一個金屬懸臂梁，一端固支，初始溫度20℃，溫度突變到120℃時由于膨脹及邊界約束而產生熱應力，進而引起振動，這種振動就是熱誘導振動。
2、熱誘導振動分析的成功應用不多見，在哈勃太空望遠鏡曾因熱誘導振動問題而發生故障。現在對航天器的分析中，熱誘導振動屬于難點和重點。國內曾有人對衛星天線做過準靜態熱誘導振動分析，也有人對空間站太陽能電池陣的桅桿做過基于模態的熱誘導振動分析（可能類似Abaqus中的線性攝動分析）。
3、熱應力分析與熱誘導振動分析進行耦合分析，還有難度，問題是多方面的。下面僅就準靜態非耦合的熱誘導振動分析為例，介紹由熱應力引起的振動。
4、懸臂梁材料屬性：
Conductity: 300W/(mK)
Density: 3000kg/m3
Elastic: E=3e10Pa, ν=0.3
Expansion: 3e-5 K-1
Specific Heat: 300J/(kgK)
5、分析結果
6、詳細步驟
見附件。
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part4.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part1.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part2.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part3.rar
展開 