瞬態熱傳導仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-02-24
瞬態熱傳導仿真的視頻教程
Abaqus Heat Transfer（熱傳導）單元瞬態分析與熱應力分析基礎算例講解
（2）基于熱傳導分析鋼塊溫度場的結果，采用順序耦合熱應力分析方法，得到了鋼塊在循環變化溫度環境的應力應變場，詳細講述了順序耦合熱應力分析的建模過程和輸出結果。（對應第三章節）
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CREO CFD 高級流體仿真之“熱傳導”現象仿真深入解讀
本視頻主要內容： 1、PTC CREO FLOW ANALYSIS 軟件簡介 2、FLOW ANALYSIS 初級版本、高級版本和黃金版本 3、熱傳導仿真引用模型介紹 4、仿真操作思路、明確思路理清操作步驟 5、流體域（仿真域）直接建模及調用 6、直接修改或者通過關系式修改模型尺寸的區別 7、不同形狀、厚度的流體域仿真對比 8、穩態仿真和瞬態仿真在本次仿真中的操作區別 9、直接指定邊界面的方法及邊界條件的輸入
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熱傳導問題理論解、有限差分解及Abaqus仿真對比
介紹了熱傳導偏微分方程，以一維熱傳導問題為例講解了熱傳導方程的理論解、有限差分數值解和Abaqus仿真解。有限差分數值解和Abaqus仿真解與理論解結果一致，結果相互印證。
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瞬態熱傳導仿真的實例教程
初始時銅板溫度為293K，然后突然暴露在一個表面熱通量為300KW/m2的熱傳遞中，分析兩分鐘后的溫度分布。
計算域：750mm X 300mm
材料屬性：密度為8995.67kg/m3，比熱為381J/kg-K，熱傳導系數為401W/m-K
邊界條件：一個壁面的熱通量為300KW/m2，右側壁面為絕熱條件，上下壁面為對稱邊界條件
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為4500
計算設置
本次為瞬態計算，初始化溫度場為293K。
物質屬性
計算物質設置為銅板，設置密度和熱傳導系數
能量模型
激活能量方程
邊界條件
設置左側壁面的熱通量
設置右側壁面的絕熱條件
初始化
設置初始溫度
時間步長
設置時間步長為1s
計算結果
計算域溫度場云圖
120s時溫度分布
計算值與實驗值對比
左側壁面和點（0.15,0.15）平均溫度對比圖表
展開 關鍵詞：瞬態，熱傳導，有限元求解器，三角形單元
熱傳遞有三種方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。就熱傳導問題而言，無論是結構力學還是流體力學都會涉及，兩邊都沒拿它當外人。
前面的文章提到過，結構力學的有限元發展地非常成熟，大部分的剛度矩陣在文獻里面都推導好了。而流體力學的很多單元類型的有限元方程，可能需要自行推導完成。在熱傳導問題中，我采用加權余量法進行處理，推導出了符合結構力學有限元文獻中給出的剛度矩陣，殊途同歸。
實際上，傳統的結構力學有限元三大控制方程：幾何方程、物理方程、平衡方程。幾何方程描述位移-應變關系，物理方程描述應力-應變關系，平衡方程描述內應力-外載荷關系。傳熱問題從控制方程角度，更偏向流體力學（能量方程）。但是熱對于結構變形太重要了，因此結構有限元必須要把傳熱問題解決掉。
從結構力學跨到流體力學，在有限元方法中，流體力學控制方程左邊的矩陣都可以用剛度矩陣去看待它。控制方程的右邊的列陣，都可以用載荷的角度去看待，對于第二類邊界條件，則可以分成左側矩陣的修正+右側列陣的載荷組合。有些文獻上，用所謂的“內部單元方程”、“邊界單元方程”的描述，會增加我們的困惑，可以不必糾結在此。
控制方程
二維瞬態熱傳導控制方程如下：
這個方程里面的常數有密度、比熱容、導熱系數。
三種邊界條件：
（1） 已知邊界溫度值，屬于第一類邊界條件，它的處理就和結構有限元里面的位移以一樣，可以用置大數法對方程左邊的矩陣進行約束處理。
（2） 已知邊界熱流密度，屬于第二類邊界條件，作為熱源。可以類比到結構有限元里面的均布載荷。
（2） 已知邊界對流換熱系數和接觸環境溫度，也屬于第二類邊界條件。這個邊界條件在處理的時候，需要進行拆分，一部分放到左側單元矩陣，一部分作為右側的載荷。
展開 關鍵詞：熱源，瞬態，熱傳導，有限元求解器，三角形單元，自研
在《瞬態熱傳導有限元求解器開發》一文中，我們介紹了自研的二維瞬態熱傳導求解器。
當時那個控制方程沒有考慮熱源，邊界條件中只涉及溫度、熱流、對流。然而在很多問題中，熱源才是最關鍵的邊界條件，比如電發熱、化學反應生熱。
熱源的處理
熱源是體熱，相對應的熱流是面熱。兩者處理方式類似，都是根據單位熱功率值和幾何尺寸計算熱功率，然后加到控制方程矩陣的右側，承擔類似于結構力學中的“載荷”的功能。
區別在于，熱源是作用在體上的，單位是W/m3，熱流是作用在面上，單位是W/m2。具體到編程上，熱源要分配到單元的三個節點上，熱流要分配到單元某個邊的兩個節點上。
從求解器編程的角度來說，這些邊界條件的處理方式都是固定和通用的。考驗一般出現在實際工程項目中使用自研求解器的時候。
在CAE軟件的開發中，交互端和求解器端永遠要解決的問題是，如何讓所有單元始終知道：
（1）它是誰？（材料參數，幾何參數）；
（2）它在哪？（和其他單元的相對位置）；
（3）它怎么了？（邊界條件）。
以熱源為例，在交互界面上，我們通過視口選擇單元，指定其體熱功率。那么前端數據在生成求解器輸入的時候，就要告知求解器所有單元的編號和其對應的體熱功率。
當求解器拿到單元編號以后，就需要索引或者計算其面積，并根據單元三個節點編號，將功率加到載荷列陣對應的位置。
驗證
設計案例如下，區域外部為20℃空氣，對流換熱系數取5W/(m2K)，時間總長18000s，每步時間間隔60s。
自研求解器得到模型中心最終溫度是84.6℃，與商用軟件結果完全一致。
展開 THCD00 - generic conduction
該模型用于連接不同的溫度源（可以是恒定熱源也可以是熱固體）。通過溫度input/output進行連接。
THSPR - calculation of solid properties
該模塊可以用于計算材料的特性變化。可以起類似于傳感器的作用。
THHF1 - zero heat flow source
熱塞子，連在哪哪絕熱。
模型建立
回到問題模型，由于鋁棒中間部分為向四周絕熱，但是可以沿鋁棒方向進行熱傳導，所以可以將鋁棒分為兩個部分，左邊和右邊，也可以分為鋁棒和右表面。
Workbench除了做穩態熱應力變形，還可以做瞬態熱應力變形。熱雙金有兩個熱膨脹系數不同的金屬組成，熱膨脹系數越大，其為主動層，帶動被動層受熱彎曲。
通過workbench瞬態熱模塊和瞬態結構模塊可模擬該類情景。若考慮空氣對流對熱雙金表面溫度分布的影響，可使用Fluent與瞬態結構模塊進行熱應力仿真。Workbench仿真搭建流程如下所示，
現假設兩個熱雙金體功耗不同，主動層更大，在Fluent計算熱雙金瞬態溫度分布；接著將結果導入到瞬態結構模塊；最后設置約束，這樣搭建完整的瞬態熱應力仿真操作流程。
1-120s的仿真結果如下圖所示
僅為演示，提供一定參考意義。
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考慮熱源的瞬態熱傳導有限元求解器4小時前
關鍵詞：熱源，瞬態，熱傳導，有限元求解器，三角形單元，自研
在《瞬態熱傳導有限元求解器開發》一文中，我們介紹了自研的二維瞬態熱傳導求解器。
當時那個控制方程沒有考慮熱源，邊界條件中只涉及溫度、熱流、對流。然而在很多問題中，熱源才是最關鍵的邊界條件，比如電發熱、化學反應生熱。
熱源的處理
熱源是體熱，相對應的熱流是面熱。兩者處理方式類似，都是根據單位熱功率值和幾何尺寸計算熱功率，然后加到控制方程矩陣的右側
瞬態熱傳導有限元求解器開發2個月前
關鍵詞：瞬態，熱傳導，有限元求解器，三角形單元
熱傳遞有三種方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。就熱傳導問題而言，無論是結構力學還是流體力學都會涉及，兩邊都沒拿它當外人。
前面的文章提到過，結構力學的有限元發展地非常成熟，大部分的剛度矩陣在文獻里面都推導好了。而流體力學的很多單元類型的有限元方程，可能需要自行推導完成。在熱傳導問題中，我采用加權余量法進行處理，推導出了符合結構力學有限元文獻中給出的剛度矩陣
<p> 對于儲能電池pack在充放電過程中，電芯發熱量不是恒定功率，且在不同SOC下發熱功率有較大差異，故基于基于Icepak進行瞬態熱仿真求解，分析出在不同時刻電芯的熱特性，是一種更準確有效的熱仿真評估方案。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202401/imgs/660757871fe54afaa497dcebef3cb8ee.png
一、模型搭建
新建→模型向導→選擇三維； 選擇物理場：傳熱→固體傳熱，按增加→研究，選擇研究：預置研究→穩態→完成；
導入相應的二維或三維模型，或者直接在 COMSOL 里自建幾何模型；導入：頂部工具欄：導入，選中幾何 1→選擇單位→導入，最后形成聯合體→全部構建；
可在右側框內搜索要添加的材料，然后“增加到選擇”；或者添加空材料，去選擇一個域，然后材料屬性目錄下會出現做該仿真必要的參數
Workbench除了做穩態熱應力變形，還可以做瞬態熱應力變形。熱雙金有兩個熱膨脹系數不同的金屬組成，熱膨脹系數越大，其為主動層，帶動被動層受熱彎曲。
通過workbench瞬態熱模塊和瞬態結構模塊可模擬該類情景。若考慮空氣對流對熱雙金表面溫度分布的影響，可使用Fluent與瞬態結構模塊進行熱應力仿真。Workbench仿真搭建流程如下所示，
現假設兩個熱雙金體功耗不同，主動層更大
問題模型描述
基于AMESIM Demo：Linear conduction in an aluminum bar 進行學習：一個鋁棒，鋁棒周圍絕熱，沿鋁棒方向上可以導熱。如果加熱其中一邊，另一頭溫度如何變化？
建模
所用組件
THSD00 - thermal solid properties (generic)
該模塊用于定義模型中所用到的固體材料特性
序號
符號
示意
Card image
示意
數值
單位
1
E
Young’s modulus
MAT1
楊氏模量
210000
MPa
2
熱瞬態數值模擬的要點：首先功率器件內部的分布和分立器件的各自的瞬態熱耗函數必須確定，其次定義仿真域和瞬態熱響應的時間周期，最后就是網格的劃分和運行計算了，以上就關鍵結果輸出供大家參考，有疑問可留言。
1. 簡介
Flip-chip（倒裝芯片）封裝廣泛應用于桌面計算機、服務器和各種通訊設備。隨著功能要求的提高，功率和熱流密度越來越大。因此，對于高功率倒裝芯片，客戶在不斷的推進TIM（熱界面材料）的低熱阻化。
TIMs（Thermal Interface
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了銅板的非穩態傳熱計算。初始時銅板溫度為293K，然后突然暴露在一個表面熱通量為300KW/m2的熱傳遞中，分析兩分鐘后的溫度分布。
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