熱仿真模型校準的案例
Flotherm：IGBT熱仿真模型的校準
背景介紹
無論什么學科，什么類型的仿真模型，都會設置各種參數的數值。由于種種原因，部分參數的預估和猜測是不可避免的。但是參數的預估和猜測會導致仿真模型準確性不足，和實際物理場景不一致。由此，仿真模型得到的結果可信度會大打折扣。
兩者有多接近？
為此，提出了模型校準的概念。所謂模型校準，是通過對仿真模型的參數進行不斷調整，以使仿真模型的參數和物理實際充分接近的迭代過程。
在電子熱仿真中，通常涉及模型校準的是元器件級和板級的仿真。
元器件級熱仿真
板級熱仿真
通過模型校準，不僅可以提高仿真模型的可信度，也可以提高仿真模型針對不同物理場景下的可重復利用能力，得到的某些參數可以在整機和環境級分析中提供元器件相關的更準確參數。
模型是否進行過校準，其仿真結果可能會有較大差異。
某型號芯片熱仿真模型校準前后的節溫比較
模型校準前后，在第一個脈沖結束時溫度分布對比
Flotherm軟件可以和T3ster熱阻測試儀聯合應用，對模型進行校準。其校準流程如圖所示。
展開 模型校準：利用HyperStudy校準CAE模型參數，實現CAE仿真和實驗的擬合 ￥15
CAE計算的力學曲線與實驗測得的力學曲線擬合存在偏差，利用Hyperstudy校準CAE模型參數，校準后的參數輸入CAE模型，最終實現計算的力學曲線與實驗測得的力學曲線擬合
仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對流換熱系數仿真估算
仿真模型
導語
據悉，為研究鋰離子電池熱特性機理，針對電池表面自然對流換熱系數展開研究，通過實驗得到了電池基本生熱參數并以此建立了單體鋰離子電池生熱模型，仿真分析了恒溫條件下不同放電電流的表面自然對流換熱系數。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應用于電動乘用車輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發現，鋰離子電池舒適溫度需要控制在20~35 ℃之間，溫度過高時，其不可逆反應加劇容易產生自放電、熱失控等安全事故；溫度過低，則會使其容量和功率發生明顯下降。
因此，為了改善電動汽車單電池及電池成組后的安全性能，需建立較精確熱仿真模型，以此來預測動力鋰離子電池內部溫度分布狀況及熱傳遞過程，從而精確分析出鋰離子電池熱失控因素。
01
導讀
目前，國內外均針對鋰離子電池熱模型和熱行為進行了相關研究。早期美國D.Bernardi等[1]通過研究電池溫度特性提出了電池生熱率模型，之后通過研究人員的不斷發展研究，鋰離子電池熱模型已經呈現多維度趨勢發展；
Chen等[2]通過研究電池三維分層電化學-熱耦合模型仿真驗證了單體電池和成組電池包溫度分布的真實性；Lopez等[3]通過熱濫用模型實驗驗證了圓柱電池熱響應能力比棱柱電池小；Chacko等[4]將電-熱模型應用到恒流勻速和變電流工況中，研究發現變電流對電池溫升影響較高。
本文在前人研究基礎上，突破傳統仿真中將對流換熱系數、電壓溫度系數設定為常數，通過變化的電壓溫度系數來估算對流換熱系數，以此來達到更高的溫度仿真精度。
展開 Fluent仿真實例 – DPM模型仿真噴淋水滴在熱空氣管道中蒸發
案例描述：
在一根圓管中，熱空氣從進口流入。管中分布著水滴噴入器，在管中，水滴將會被熱空氣加熱蒸發相變為水蒸氣，液滴、水蒸氣和熱空氣一起混合從出口流出。
CFD仿真思路：
先求解沒有液滴的流場；
啟動DPM模型+Species模型仿真液滴以及蒸發問題。
1、啟動軟件并導入網格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D雙精度求解器。
1.2 導入網格，網格文件在文章底部有下載鏈接。
2、模型設置
2.1 啟動能量方程。
2.2 湍流模型。
2.3 啟動組分傳輸模型Species Model。當設置后點擊會彈出一個information確認框，點擊ok確定即可。
2.4 設置離散型DPM模型。
3、材料設置
對于本工況，空氣、水、O2和N2保留默認設置。
4、邊界條件
4.1 進口邊界，設置進口速度為16 m/s，設置進口溫度為900K，設置物料組分O2為0.23。
4.2 出口邊界，設置物料組分O2為0.23。
5、操作條件
6、設置水滴噴射點。
6.1 噴射點0，操作Dedine -> Injections…
點擊Create按鈕后，彈出設置框。
在Turbulent Dispersion按鈕，設置Discrete Random Walk Model。
6.2 建立噴射點1。噴射點1只是在噴射點0的基礎上，只修改噴射位置而已，所以操作上只需要copy噴射點0，然后修改位置即可。
6.3 copy噴射點1，建立其它7個噴射點，噴射點的位置如下列表，同時Total Flow Rate設置為0.003。
展開 
基于COMSOL的礦用負荷電纜熱路模型仿真分析
摘 要：為了準確分析礦用負荷供電線纜的溫度變化情況，基于電纜熱路分析法建立了礦用電纜仿真模型。分別模擬了電纜在正常狀態、老化以及絕緣層損傷時溫度場與電場的分布情況。分析結果表明：電纜在正常狀態運行時，內部場強最大，線芯溫度最高；隨著絕緣介電常數的下降，電纜內部場強增大、溫度升高。通過分析不同情景的電纜場強與溫度場分布，其結果可為煤礦負荷電纜的溫度監測以及電纜壽命預測等提供一定的理論依據。
關鍵詞：礦用電纜;溫度場;電場強度;電纜老化;電纜受損;
0 引言
礦用電纜的運行狀態關乎礦井供電系統的穩定性與安全生產。由于煤礦井下環境惡劣，老化、高溫、受潮、破損等原因加速了電纜絕緣老化、性能降低，進而引發事故。電纜引起的火災具有發生迅速、傳播快、且產生大量有毒有害氣體的特點。溫度是影響電纜絕緣性能的因素之一，電纜導體溫度決定其傳輸能力，當交聯聚乙烯電纜線芯達到一定溫度時就有發生火災的危險。因此，研究人員開展了對電纜溫度監測的研究，但大多是針對電纜溫度進行在線監測，并未深入研究溫度對線纜狀態的影響規律，而電纜運行狀態及壽命與其長期運行的溫度密切相關。
因此，本文從正常狀態、老化以及絕緣層受損3種場景進行電纜溫度場與電場分布規律研究，研究結果可以更好地進行電纜溫度監測，以保障煤礦井下穩定供電。
1 礦井線纜仿真
(1）模型建立
由于電纜負荷電流變化引起的溫升只與電纜自身參數有關，因此，與穩態熱路模型不同，分析電纜暫態熱路模型時需要考慮電纜不同結構的熱容量，根據MYJV22-8.7/10 k V 3×50 mm2電纜的結構以及相關參數，基于電纜熱路分析法在COMSOL軟件中建立仿真模型。其參數如表1所示。
展開 1P52S 液冷儲能pack 熱仿真模型 Icepak tzr格式+詳細仿真學習教程 ￥100
<div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment/d48b67cda10c45cbac533dfdf921521e.png" style="text-align: center"><img src="https://img.jishulink.com/202412/attachment/d48b67cda10c45cbac533dfdf921521e.png"></figure></div><p><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">1P52S 液冷儲能pack 熱仿真模型 Icepak tzr格式，外加詳細仿真學習教程，下載可直接運行出結果，跟著教程逐步仿真，可快速學習上手，購買后可技術交流。</span></p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">?</span></p>
展開 基于粘彈性本構模型的熱固性樹脂基復合材料固化變形數值仿真模型
背景介紹
熱固性樹脂基復合材料在制件成型過程中會產生殘余應力，引起固化變形，從而增加裝配和制造的難度，因此，合理預測預制件固化過程中的殘余應力的發展具有重要意義。
早期的研究主要集中于彈性理論來研究復材的固化成型，現今，越來越多的文獻考慮了樹脂的固化放熱以及材料的各向異性等因素的影響，發展了基于粘彈性模型的數值仿真計算方法，證明了粘彈性的結果固化變形量小于線彈性的結果，且樹脂含量越高的復材，其粘彈性效果越明顯。
RTM成型工藝示意圖
二。粘彈性模型在Abaqus中的實現
本文作者在參考文獻【1】的基礎上，使用廣義Maxwell粘彈性本構模型，聯合編寫了HETVAL、USDFLD、DISP、UMAT及UEXPAN子程序，在abaqus軟件平臺中實現了復材固化成型的仿真模擬，其基本編程思路如下圖所示：
其中，最關鍵的粘彈性本構公式為：
參考上述公式和子程序的編寫流程，可以完成上述模型。最后得到仿真Mises應力云圖和S33云圖如下：
得到的S33關于時間的曲線趨勢如下所示：
該曲線結果和文獻有出入，但是榮的文獻中關于底數的取值有錯誤，亦即下列公式的底數應以e為底數，而不是10
【1】
基于黏彈性本構模型的熱固性樹脂基復合材料固化變形數值仿真模型.pdf
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展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（二）
風扇工程數據庫：FloEFD自帶的風扇數據庫，如沒有可自己根據風扇的特性曲線創建風扇；
在瞬態分析時候，通過設置切換來控制風扇的開關；熱動力參數和湍流參數一般不做修改；目標可根據需求設置關注的參數；
另外，降級很實用，往往供應商提供的理論風扇特性曲線與實際曲線有一定的差異，可設置對應的系數；
風扇選擇需要考慮的一些因素：
所需的空氣流量：系統的阻抗的影響，為了達到最大流量，應盡量減少障礙物，但有時需擋風板引流到某些部件上，避免回流；
交流或直流風扇：現在一般需用直流風扇，因為其壽命長，功耗低，此外，其速度與電壓稱正比，方便風量控制；
電壓：一般12V和24V，優選高壓，這樣電流和功耗都更低；
速度：風扇產生噪音的頻率和幅度隨著轉速的增加和增加，盡量選擇低速電機；
預期壽命：鎖定轉子且能重新啟動并正常運行；
噪聲影響：盡量使用最大的風扇，避免共振，避免高速區障礙物；
入口風扇或出口風扇：有灰塵要求，選擇入口；通風口面積至少比風扇開口大50%；
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
展開 Starccm+ 電池包熱仿真分析（附模型及分析流程） ￥85
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</div><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p>模型的前處理，根據計算的預算能力進行簡化，如果是服務器只要不能存在重復面、干涉以及單獨面，即可，Star CCM+能保證最原始的幾何模型。修模采用SpaceClaim，主要選擇單一的特征、然后選擇Selection，根據需求，選擇同類，一次性修改模型。</p><p>2.2 導入到StarCCM中</p><p>單擊Star CCM+軟件，新建、選擇Parallel on Local Host，并設置Compute Processes，根據計算機運算線程進行填寫。
展開 FloEFD熱仿真分析之模型準備
FloEFD熱仿真分析之模型準備
By CAE白堤
1、仿真模型打開與簡化
雙擊安裝好的FloEFD啟動快捷鍵，軟件自動打開已經連接上的三維設計軟件CREO，直接在CREO中打開需要仿真的模型。能直接在熟悉的三維設計軟件操作是把雙刃劍，一方面，可以避免不同軟件之間模型轉化的問題，但另一方面如果不恰當的使用模型，會增加網格數量，從而增加計算機的負擔，降低仿真效率。仿真優化不像結構設計越詳細越好，反而是在不影響仿真結果的基礎上，越簡單越好。當然，將一個詳細模型簡化為適合熱仿真分析模型的工作需要一定的經驗技巧，比如，去除一些倒角、孔位、定位等結構細節，去除一些無關緊要的模型組件等。
2、仿真模型的準備
雖然仿真模型得到了簡化，但不一定萬事大吉。在某些情況下，FloEFD不一定能識別出仿真分析的所有的固體模型和流體區域。這時可充分利用【檢查模型】功能，不僅能檢查出無法充分求解的某些模型組件，也可以檢查是否存在可能導致軟件創建不適當網格的模型問題（FloEFD不允許組件之間為點接觸或者線接觸，如下）。
操作：點擊【檢查模型】，在跳出的檢查模型窗口，點擊“檢查”，在跳出檢查結果窗口查看檢查結果。
狀態一：點擊“檢查”，檢查結果顯示狀態成功，模型正常，那么模型準備大功告成；
狀態二：點擊【檢查模型】后，跳出“以下組件不能用于分析”，點擊“確認”后，在檢查模型窗口模型樹組件的圖標標有紅叉或紅箭頭，檢查結果顯示狀態成功，但有零件準備失敗。
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此產品方案成熟，已經批量投產，對于儲能行業及其它電力電子行業的結構設計工程師、主電路工程師、熱設計工程師具有非常大的學習參考意義。采用Ansys Icepak軟件，進行儲能風冷125kW PCS熱仿真，tzr格式，下載后可直接求解出結果。
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（六）-多孔板
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（六）-多孔板
CAE白堤
多孔板
針對一些機箱、主機、家電等產品，出于散熱方面的考慮，會在殼體上增加一些通風孔。在氣流通過多孔板時會產生一定的壓力損失，由此在打孔板的前后會形成一定的靜壓差。
多孔板的簡化
由于多孔板上空的數量和尺寸的原因，如果對其進行網格劃分，并計算器兩側所形成的靜壓差，需要的計算資源較大。為了加快整個系統的仿真效率，采用簡化模型，再設置開孔率、孔的形式或阻力系數等參數。
多孔板往往安裝在入口或出口模型開口或風扇處，所以軟件默認只能應用到已有指定邊界條件的模型面上。
多孔板自定義：
孔形狀：
圓形：需要指定孔直徑；
矩形：需要指定孔的寬度和高度；
正多邊形：需要指定孔的側面和頂點數；
復雜：需要指定損失系數；
規格形狀的孔軟件會根據覆蓋情況和開孔自動計算損失系數；復雜幾何結構多孔板的流動阻力需要指定；
覆蓋：
開孔率：直接指定孔所覆蓋的板面積比重；
間距：用于指定兩個相互垂直方向上的兩個相鄰孔之間的距離，軟件自動計算開孔率；
棋盤格距離：用于指定按棋盤格圖案排列的兩個相鄰孔之間的距離，軟件自動計算開孔率；
注：開孔率必須大于 0。此外，對于矩形和正多邊形孔，它不能超過 1；對于圓形孔，不能超過 0.9069；
孔的形狀和大小用于計算有效液壓直徑，并進而計算雷諾數，后者又（與開孔率一起）用于計算板對流動產生的阻力；
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
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FloEFD熱仿真分析之模型簡化（一）
CAE白堤
多孔介質
多孔介質的特點：多孔介質由多相物質共同組成，其中至少一種是氣體或者液體，并且固體所在區域占據多孔介質整個區域。常見的多孔介質有泥土、濾芯、瓷器等。這種多種介質模型復雜，計算量大，針對以上問題，軟件可以將多孔介質簡化為具有特定流阻特征且有流體流動的流體腔，而流體流動取決于多孔介質的屬性以及外部流動的條件。
在建立多孔介質時，需要指定其屬性，主要涉及四個方面：
l 多孔介質的有效多孔性
是指互連孔相對于總介質體積的體積分量：
l 多孔介質的滲透類型
各向同性：介質滲透性與介質中的方向無關
單向：介質僅在一個方向具有滲透性
軸對稱：介質滲透性完全由其相對于指定方向的軸向和橫向控制
正交各交異性：介質滲透性隨方向變化，由三個方向上的三個分量來確定；
l 介質滲透以介質形式對流體流動的阻力
壓降，流量，尺寸
壓降，速度，尺寸
速度相關性
參考孔徑大小相關性
參考孔徑大小相關性和雷諾數
l 介質的熱屬性
指定使用有效密度和熱容、多孔矩陣的密度、多孔矩陣的比熱容、傳導類型、熱導率、熔點溫度、矩陣和流體熱交換的定義標準來決定。
注意：
多孔介質設置后，自動將應用它的組件禁用，且禁用后不自動恢復；
對于阻力設置，K必須小于100V/X，X為最大網格的大小，否則結果可能不準確；
默認情況，孔徑大小是0.00001m；
如果多孔矩陣的熱導率未打開，則會忽略其的熱傳遞；
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。
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某水冷板熱流仿真—CAD模型修復導入教程
圖18 冷板的熱流后處理
注：本文來源于仿真秀，版權歸作者所有，旨在分享。
