導(dǎo)熱分析的案例
使用ANSYS Workbench進(jìn)行復(fù)合墻體導(dǎo)熱分析
使用ANSYS Workbench進(jìn)行復(fù)合墻體導(dǎo)熱分析
李安民
分析視頻教程將在2023年6月28日19:30在技術(shù)鄰進(jìn)行直播，歡迎前來觀看以及和作者討論。
1. 建立穩(wěn)態(tài)熱分析
雙擊Toolbox中的Steady-State Thermal或者將其拖到Project Schematic中，如下圖所示：
2.定義材料參數(shù)，本例中使用了結(jié)構(gòu)鋼和鋁。
雙擊第2行Engineering Data，在Engineering Data選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊Engineering Data Sources。在Engineering Data Sources表中選擇序號(hào)為12的Thermal Materials選項(xiàng)，然后在其下Outline of Thermal Material中選擇8號(hào)Aluminum。點(diǎn)擊B列的加號(hào)，在C列出現(xiàn)紫色的書的圖標(biāo)，表示材料在待材料冊(cè)中。點(diǎn)擊Engineering Data Sources，查看在冊(cè)的材料。最后關(guān)閉Engineering Data選項(xiàng)卡。
3.導(dǎo)入模型
右鍵點(diǎn)擊第3行Geometry，Import Geometry->Browse，在彈出的Open中選擇幾何文件，最后單擊打開按鈕導(dǎo)入，幾何模型如下圖所示：
Figure 1. Steel and Aluminum Walls
圖1 墻體中鋼材和鋁材的位置
鋁和鋼的熱傳導(dǎo)率不同，鋁為237.5W/(m?℃)，鋼材為60.5 W/(m?℃)，墻體分為三層，外側(cè)為鋼材，內(nèi)部為鋁材，大家想一下溫度變化梯度是在鋁中更大，還是在鋼材中變化更大。
4.給幾何模型賦予材料本構(gòu)
在Workbench中雙擊第3行Model打開Mechanical。
展開 導(dǎo)熱分析時(shí)的接觸熱阻 ￥20
除此之外還有氦氣跟導(dǎo)熱脂。
壓力很小時(shí)熱阻很大，隨著壓力的增加熱阻逐漸減小，直到到達(dá)一個(gè)穩(wěn)定的值。
我們可以通過上面的曲線得到接觸熱阻的值，從而進(jìn)行傳熱的計(jì)算。但是很多情況下，接觸面的壓力并不是平均分布的，如果是螺栓連接，那么在近螺母處，接觸壓力比較大，如何在CAE分析時(shí)考慮壓力分布不均的影響呢。
模型使用100*100*10mm的塑料板，螺栓直徑為10mm，考慮螺栓預(yù)緊力為10Mpa時(shí)接觸壓力的分布。隨后將鐵板一面設(shè)置為100攝氏度，另一面設(shè)置為自然對(duì)流，對(duì)流系數(shù)為10w/m^2K, 環(huán)境溫度為20℃。
計(jì)算結(jié)果如下
圖1: 接觸面壓力分布
圖2. 接觸后的變形（放大100倍）
圖3：10s后溫度分布，可見溫度首先在接觸壓力大的地方傳遞
圖4. 接觸面上的熱通量
展開 技術(shù)研究｜一種新型的導(dǎo)熱硅脂成分分析
圖4 SEM譜圖
光學(xué)顯微鏡形貌分析
甲苯去除硅氧烷后的粉末萊卡光學(xué)顯微鏡分析，溶劑處理后的光學(xué)形貌分析見圖5，主要觀察到有碳纖維，長度大253um，直徑大約8-12um，沉淀：原料=0.1426/0.2008=0.7102*100=71%由于離心力不夠?qū)е路蛛x不完全，定量以TGA為準(zhǔn)。TGA灰分的光學(xué)形貌分析見圖7。從圖中可知切換空氣氣氛后，AL粉只氧化了一小部分。
圖5 TGA灰分的光學(xué)形貌圖
碳材料是一個(gè)龐大的體系，這里具體是碳纖維還是碳納米管，我們要從文獻(xiàn)中關(guān)于形貌 和尺寸方面去解析，圖6是不同導(dǎo)熱材料的形貌和尺寸，說明我們的分析樣的導(dǎo)熱材料是碳纖維和鋁粉。
圖6 不同導(dǎo)熱填料的形貌表征
3.3材料的定量分析
使用ICP-OES測試Al的含量，樣品灰化后220℃的高壓罐消解消解試劑：消解試劑5毫升硝酸+1毫升過氧化氫+1mlHF
使用TGA209F1測試熱重曲線，溫度程序是40℃→600℃→氮?dú)馇袚Q成空氣→750℃。
3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
測試方法：FTIR, PYGC-MS，GC-MS, OM,ICP&SEM-EDS
測試結(jié)果：
備注：1.由于高速離心機(jī)未安裝，目前通過甲苯洗滌聚合物分離不完全，得到碳納米管和鋁粉的總重為71%。應(yīng)該損耗了不少。所以使用的是TGA的測試結(jié)果。
04
案例分析
本實(shí)驗(yàn)為未知樣品的全成分定量分析，完成本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)在于前處理和有效利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備資源，并從多角度去相互驗(yàn)證未知樣品中的組分含量。
展開 大型水輪發(fā)電機(jī)定子股線導(dǎo)熱的數(shù)值分析
采用三維等參元法
計(jì)算了大型水輪發(fā)電機(jī)定子溫度場,給出了取不同氣隙散熱
系數(shù)方法時(shí)考慮股線絕緣和不考慮股線絕緣影響定子銅溫
沿徑向分布曲線及溫度變化場圖,并采用數(shù)值模擬方法分析
了絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)電機(jī)定子溫度場的影響。
大型水輪發(fā)電機(jī)定子股線導(dǎo)熱的數(shù)值分析.pdf
Z-CAST鑄造過程模擬軟件技術(shù)規(guī)格
支持固化分析
b. 支持流動(dòng)分析
c. 支持循環(huán)鑄造（Cycle Casting）分析
d. 支持低壓鑄造（Low Pressure Casting）分析
e. 支持壓力鑄造（Die Casting）分析
f. 可以考慮粘度和特殊邊界條件
g. 使用非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析、固化分析、直接有限差分法（DFDM）、溫度恢復(fù)法（相變潛熱）等作為固化求解器
h. 支持使用固化分析條件值進(jìn)行流動(dòng)分析
2.3 后處理器
a. 可以連續(xù)觀察截面
b. 可以顯示流動(dòng)結(jié)果（充型過程、溫度分布和流速矢量）
c. 支持顯示固化結(jié)果（溫度分布、固化時(shí)間、缺陷位置）
d. 支持將分析結(jié)果保存為AVI輸出
e. 支持通過簡單的鼠標(biāo)操作設(shè)定各種視圖（透視圖、ISO視圖、放大/縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)XY、XZ、YZ視圖、等等）
f. 支持動(dòng)態(tài)的放大/縮小
g. 支持通過鼠標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)功
h. 支持分析過程中的實(shí)時(shí)結(jié)果顯示
2.4 材料數(shù)據(jù)庫
.有多達(dá)150 種材料可供選擇。
.具有“數(shù)據(jù)庫管理員”功能，因此用戶可以使用該功能修改現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)庫。
.自定義功能，可以根據(jù)具體國家的標(biāo)準(zhǔn)提供材料數(shù)據(jù)庫
展開 Z-CAST鑄造過程模擬軟件
支持固化分析
b. 支持流動(dòng)分析
c. 支持循環(huán)鑄造（Cycle Casting）分析
d. 支持低壓鑄造（Low Pressure Casting）分析
e. 支持壓力鑄造（Die Casting）分析
f. 可以考慮粘度和特殊邊界條件
g. 使用非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析、固化分析、直接有限差分法（DFDM）、溫度恢復(fù)法（相變潛熱）等作為固化求解器
h. 支持使用固化分析條件值進(jìn)行流動(dòng)分析
2.3 后處理器
a. 可以連續(xù)觀察截面
b. 可以顯示流動(dòng)結(jié)果（充型過程、溫度分布和流速矢量）
c. 支持顯示固化結(jié)果（溫度分布、固化時(shí)間、缺陷位置）
d. 支持將分析結(jié)果保存為AVI輸出
e. 支持通過簡單的鼠標(biāo)操作設(shè)定各種視圖（透視圖、ISO視圖、放大/縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)XY、XZ、YZ視圖、等等）
f. 支持動(dòng)態(tài)的放大/縮小
g. 支持通過鼠標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)功
h. 支持分析過程中的實(shí)時(shí)結(jié)果顯示
2.4 材料數(shù)據(jù)庫
.有多達(dá)150 種材料可供選擇。
.具有“數(shù)據(jù)庫管理員”功能，因此用戶可以使用該功能修改現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)庫。
.自定義功能，可以根據(jù)具體國家的標(biāo)準(zhǔn)提供材料數(shù)據(jù)庫
2.5 系統(tǒng)配置要求
最低 PC要求：
l
CPU: Pentium 4 及以上
l
內(nèi)存: 1G
l
顯卡：64M
l
硬盤：20G
l
17"顯示器
展開 Z-CAST鑄造過程模擬軟件技術(shù)規(guī)格
支持固化分析
b. 支持流動(dòng)分析
c. 支持循環(huán)鑄造（Cycle Casting）分析
d. 支持低壓鑄造（Low Pressure Casting）分析
e. 支持壓力鑄造（Die Casting）分析
f. 可以考慮粘度和特殊邊界條件
g. 使用非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析、固化分析、直接有限差分法（DFDM）、溫度恢復(fù)法（相變潛熱）等作為固化求解器
h. 支持使用固化分析條件值進(jìn)行流動(dòng)分析
2.3 后處理器
a. 可以連續(xù)觀察截面
b. 可以顯示流動(dòng)結(jié)果（充型過程、溫度分布和流速矢量）
c. 支持顯示固化結(jié)果（溫度分布、固化時(shí)間、缺陷位置）
d. 支持將分析結(jié)果保存為AVI輸出
e. 支持通過簡單的鼠標(biāo)操作設(shè)定各種視圖（透視圖、ISO視圖、放大/縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)XY、XZ、YZ視圖、等等）
f. 支持動(dòng)態(tài)的放大/縮小
g. 支持通過鼠標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)功
h. 支持分析過程中的實(shí)時(shí)結(jié)果顯示
2.4 材料數(shù)據(jù)庫
.有多達(dá)150 種材料可供選擇。
.具有“數(shù)據(jù)庫管理員”功能，因此用戶可以使用該功能修改現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)庫。
.自定義功能，可以根據(jù)具體國家的標(biāo)準(zhǔn)提供材料數(shù)據(jù)庫
2.5 系統(tǒng)配置要求
最低 PC要求：
l
CPU: Pentium 4 及以上
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內(nèi)存: 1G
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顯卡：64M
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硬盤：20G
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17"顯示器
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展開 2026國際導(dǎo)熱散熱發(fā)展高峰論壇暨深圳國際熱管理大會(huì)
導(dǎo)熱散熱組件：
熱管/均熱板，覆銅板，功率器件（碳化硅、氮化鎵、氧化鎵、MOSFET、IGBT）及模塊等
散熱風(fēng)扇配件：銅、鋁制品、鋁器材、散熱型材、鐵散熱片、鈑金、五金沖壓件、機(jī)箱、散熱墊、翅片管、導(dǎo)熱管、導(dǎo)熱板、散熱模塊、觸控板、風(fēng)扇網(wǎng)罩、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、馬達(dá)、風(fēng)扇自動(dòng)組裝機(jī)、散熱器焊接等；
散熱設(shè)備：液態(tài)金屬散熱器、型材散熱器、散熱風(fēng)扇、散熱模組、熱導(dǎo)管、插片散熱器、插針式散熱器、機(jī)箱一體化散熱器、水冷散熱器、電阻散熱器、LED散熱器、CPU散熱器、IGBT散熱器、電焊機(jī)散熱器、肋片式散熱器、變頻散熱器、熱管散熱器、叉指形散熱器、液冷散熱、組合散熱器、固態(tài)繼電器用散熱器、大功率晶體管散熱器及相關(guān)配件等;
分析與檢測：
分析儀器、激光導(dǎo)熱儀、導(dǎo)熱分析儀、導(dǎo)熱系數(shù)儀、熱膨脹儀、電子熱測試儀、風(fēng)量風(fēng)壓測試儀、激光導(dǎo)熱系數(shù)測量儀、材料強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、熱物性測量設(shè)備等；
加工設(shè)備：
壓延機(jī)、涂布機(jī)、分條機(jī)、模切機(jī)、復(fù)卷機(jī)、切片機(jī);切卷機(jī);分切機(jī)、精密裁切機(jī)、自動(dòng)化分條機(jī)、導(dǎo)熱材料生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控卷材裁切設(shè)備 ,數(shù)控機(jī)床設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線和熱傳實(shí)驗(yàn)室、整套工藝及定制設(shè)備等；等
熱設(shè)計(jì)：
熱仿真模擬/熱設(shè)計(jì)軟件
數(shù)據(jù)中心液冷散熱技術(shù)展區(qū)：
液冷數(shù)據(jù)中心運(yùn)維實(shí)踐案例；冷板式液冷傳熱強(qiáng)化技術(shù)、浸沒式液冷傳熱強(qiáng)化技術(shù)、兩相流（泵送）冷卻技術(shù)、數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)熱仿真、浸沒式液冷材料兼容性；
快速連接器技術(shù)、制冷劑、漏液檢測技術(shù)、智能流體分配技術(shù)、智能溫度監(jiān)控技術(shù)；
數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用：模塊化數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)云箱、機(jī)房解決方案、蓄電池、電能存儲(chǔ)、機(jī)房專用空調(diào)及新風(fēng)系統(tǒng)、UPS不間斷電源、安防、綜合布線、綠色數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心維護(hù)等系統(tǒng)與解決案等；
CIME2026擬邀采購企業(yè)
終端、運(yùn)營商
展開 2026第17屆上海國際熱管理材料博覽會(huì)
█展品范圍：
1、導(dǎo)熱散熱石墨：石墨烯、導(dǎo)熱石墨材料、石墨散熱膜、石墨化薄膜、導(dǎo)熱石墨、石墨散熱片、石墨膜、石墨絕緣膜、石墨膜卷材及相關(guān)設(shè)備等;
2、導(dǎo)熱散熱材料：離型膜、氧化鋁、球形氧化鋁、氫氧化鋁、球鋁、角鋁、氫鋁、微硅粉、氧化鋯、導(dǎo)熱粉體、石墨烯粉體、導(dǎo)熱膜、石墨烯薄膜、納米材料、納米碳材料、液態(tài)金屬導(dǎo)熱片、硅膠片、塑料、絕緣材料、界面材料、雙面膠、基板、導(dǎo)熱矽膠布、膠帶、碳納米管、金剛石、涂料、導(dǎo)熱硅脂、相變材料、散熱膜、導(dǎo)熱泥、導(dǎo)熱膜硅膠、膏、云母片、墊片、硅脂、灌封膠等;
3、散熱風(fēng)扇配件：銅、鋁制品、鋁器材、散熱型材、鐵散熱片、鈑金、五金沖壓件、機(jī)箱、散熱墊、翅片管、導(dǎo)熱管、導(dǎo)熱板、散熱模塊、觸控板、風(fēng)扇網(wǎng)罩、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、馬達(dá)、風(fēng)扇自動(dòng)組裝機(jī)、散熱器焊接等；
4、散熱設(shè)備：液態(tài)金屬散熱器、型材散熱器、散熱風(fēng)扇、散熱模組、熱導(dǎo)管、插片散熱器、插針式散熱器、機(jī)箱一體化散熱器、水冷散熱器、電阻散熱器、LED散熱器、CPU散熱器、IGBT散熱器、電焊機(jī)散熱器、肋片式散熱器、變頻散熱器、熱管散熱器、叉指形散熱器、液冷散熱、組合散熱器、固態(tài)繼電器用散熱器、大功率晶體管散熱器及相關(guān)配件等;
5、分析與檢測：分析儀器、激光導(dǎo)熱儀、導(dǎo)熱分析儀、導(dǎo)熱系數(shù)儀、熱膨脹儀、電子熱測試儀、風(fēng)量風(fēng)壓測試儀、激光導(dǎo)熱系數(shù)測量儀、材料強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、熱物性測量設(shè)備等；
6、加工設(shè)備：壓延機(jī)、涂布機(jī)、分條機(jī)、模切機(jī)、復(fù)卷機(jī)、切片機(jī);切卷機(jī);分切機(jī)、精密裁切機(jī)、自動(dòng)化分條機(jī)
導(dǎo)熱材料生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控卷材裁切設(shè)備 ,數(shù)控機(jī)床設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線和熱傳實(shí)驗(yàn)室、整套工藝及定制設(shè)備等；
█展位收費(fèi)：
參展項(xiàng)目
規(guī)格及要求
國內(nèi)企業(yè)
展開 2020上海國際導(dǎo)熱散熱材料展覽會(huì)
展品范圍 Exhibition Scope
一、導(dǎo)熱與散熱材料：導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱金屬、軟金屬箔(如銅箔和鋁箔)、導(dǎo)熱絕緣材料、導(dǎo)熱填充材料、導(dǎo)熱雙面膠、導(dǎo)熱硅脂、石墨導(dǎo)熱片、銦箔金屬導(dǎo)熱片、導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱膠片、導(dǎo)熱片、導(dǎo)熱矽膠片、液態(tài)金屬、導(dǎo)熱石墨膜、導(dǎo)熱膜、導(dǎo)熱相變材料、導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱絕緣材料、導(dǎo)熱矽膠布、導(dǎo)熱灌封膠、導(dǎo)熱雙面膠帶、導(dǎo)熱硅膠墊片等導(dǎo)熱界面材料；散熱專業(yè)金屬、散熱布、散熱墊、散熱硅脂、散熱油、散熱膜、散熱金屬、散熱涂料、散熱塑料、導(dǎo)熱石墨化爐等；導(dǎo)熱散熱高分子復(fù)合材料-新型導(dǎo)熱散熱材料
二、材料分析與檢測：分析儀器、激光導(dǎo)熱儀、導(dǎo)熱分析儀、導(dǎo)熱系數(shù)儀、熱膨脹儀、電子熱測試儀、風(fēng)量風(fēng)壓測試儀、激光導(dǎo)熱系數(shù)測量儀、材料強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、熱物性測量設(shè)備等；
展館介紹：
國家會(huì)展中心（上海）可展覽50萬平方米，包括40萬平方米室內(nèi)展廳和10萬平方米室外展場。闊大的展示空間，可以讓展商盡情發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的形象布館。展館位于上海市虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)西部，與虹橋交通樞紐的直線距離僅1.5公里，通過地鐵與虹橋高鐵站、虹橋機(jī)場緊密相連。周邊高速公路網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，2小時(shí)內(nèi)可到達(dá)長三角各大重要城市，交通十分便利。三棟辦公樓和一座五星級(jí)酒店位于綜合體四片葉子的端部。其中，辦公樓可為會(huì)展活動(dòng)提供高效便捷的會(huì)議服務(wù)，配合舉辦各類產(chǎn)品的常年展示，與例展相輔相成，放大展覽的貿(mào)易功能。五星級(jí)高檔商務(wù)型酒店，可以滿足展會(huì)高端人群的住宿、用餐和會(huì)議等需求。
展開 ABAQUS熱應(yīng)力分析 附ABAQUS中初始地應(yīng)力的施加下載
熱應(yīng)力分析過程
ABAQUS 提供三種熱應(yīng)力分析程序：
1. 順序耦合熱應(yīng)力分析，最常用的方法
? 當(dāng)應(yīng)力是由熱量場存在造成的，并且熱求解過程與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)，也就是說應(yīng)力依賴于熱產(chǎn)生，而熱并不依賴位移。
? 需要跑兩個(gè)分析: 先分析熱傳導(dǎo)，再將溫度結(jié)果導(dǎo)熱應(yīng)力分析
? 熱分析的結(jié)果，如溫度(位置，時(shí)間的函數(shù))被讀入應(yīng)力分析，作為一個(gè)預(yù)定義場。
2. 完全耦合熱應(yīng)力分析，最常用的方法
? 應(yīng)力依賴于溫度場并且溫度也依賴于應(yīng)力場。
? 只需要跑一個(gè)析。
3.
展開 
RecurDyn V9R4版本正式發(fā)布
Group(柔性齒輪組)功能可以輕易地生成齒輪網(wǎng)格，并將其轉(zhuǎn)換為柔性體
Involute AnalyticContact(漸開線分析接觸)可以根據(jù)網(wǎng)格的形狀分析齒輪的接觸行為
Mesher(網(wǎng)格功能)增強(qiáng)
Auto Flex Merge(自動(dòng)合并):當(dāng)連續(xù)地為幾個(gè)相鄰幾何體執(zhí)行Multi Mesh(多網(wǎng)格)時(shí)，自動(dòng)應(yīng)用Imprint(壓印)和Flex Merge(合并)
Additional MeshOption(額外的網(wǎng)格選項(xiàng)):您可以調(diào)整各種選項(xiàng)，以獲得更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格結(jié)果
新增Post功能
將Post功能單獨(dú)提出，包含原有result全部功能的基礎(chǔ)上，支持動(dòng)畫導(dǎo)入并引入多項(xiàng)新功能。
展開 新能源汽車動(dòng)力電池用雙組分聚氨酯灌封膠應(yīng)用研究
本文分別制備了聚氨酯導(dǎo)熱灌封膠的異氰酸酯組分和多元醇組分，主要研究了雙組分聚氨酯灌封膠的應(yīng)用性能，包括混合黏度、打膠時(shí)間、溫度和膠層厚度對(duì)導(dǎo)熱灌封膠粘接性能的影響以及異氰酸酯組分與多元醇組分混合比例對(duì)灌封膠外觀、硬度、斷裂伸長率、拉伸強(qiáng)度、粘接強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，為新能源電池廠導(dǎo)熱灌封膠的選用提供了有益的參考意見。
01 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)原料
聚醚多元醇、多苯基多亞甲基多異氰酸酯，工業(yè)級(jí)，萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司；硅烷
偶聯(lián)劑，工業(yè)級(jí)，荊州市江漢精細(xì)化工有限公司；氧化鋁，工業(yè)級(jí)，廣東金戈新材料股份有限公司；催化劑，工業(yè)級(jí)，美國邁圖高新材料集團(tuán)；分散劑，工業(yè)級(jí)，德國畢克化學(xué)公司。
1.2 試驗(yàn)儀器
DV2T 型黏度計(jì)，美國 Brookfield 公司；TCI 型導(dǎo)熱系數(shù)分析儀，加拿大 C-Therm 公司；Ql-300S型密度計(jì)，深圳市群隆儀器設(shè)備有限公司；Z010TH.P 型電子拉力機(jī)，德國 Zwick 公司；AG-I 型高低溫控電子拉力機(jī)，日本島津公司；MS105DU 型精密分析天平，瑞士Mettler Toledo公司；HWSC-75型恒溫槽、 MB/GWS-400 型高溫高濕試驗(yàn)箱，無錫環(huán)威科技有限公司；GDJS-800B 型高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱，杭州奧博環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司；Discovery DMA 850 型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀，美國沃特世集團(tuán)。
展開 Floefd (SolidWoks Flow Simulation)無法處理“固體包固體”問題
問題定義
如下圖，電力電子行業(yè)常見的發(fā)熱元件被灌封膠包裹問題，電感形狀正方形，長寬高均為100mm，材料鋁(導(dǎo)熱率202W/mk)，熱量50W，灌封膠形狀正方形，長寬高均為400mm，材料導(dǎo)熱率0.8W/mk，均勻的包裹在電感周圍。灌封膠外表面取換熱系數(shù)10W/m^2*k。環(huán)境溫度20度。
2. Floefd建模
此案例為典型的純導(dǎo)熱問題。分析類型設(shè)置如下：
計(jì)算域設(shè)置為灌封膠的外表面：
但接下來就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不管熱源和和邊界條件怎么設(shè)置，模型檢查時(shí)即出錯(cuò)。即使只有一個(gè)元件時(shí)也出錯(cuò)。可見Floefd無法建模純導(dǎo)熱模型。
3. Icepak建模
因?yàn)闆]有流體域，首先cabinet的形狀設(shè)為none：
元件建模較簡單，過程從略，形狀尺寸、發(fā)熱量、材料設(shè)置如前述“問題定義”。只需注意：（1）電感優(yōu)先級(jí)高于灌封膠。（2）灌封膠外表面換熱系數(shù)設(shè)置如下：
查看內(nèi)部中空元件的網(wǎng)格時(shí)，在本文中為灌封膠，Icepak提供了一項(xiàng)非常實(shí)用的功能：restrict to plane，如下圖，電感的高優(yōu)先級(jí)使灌封膠的網(wǎng)格為中空：
問題設(shè)置只計(jì)算溫度：
計(jì)算結(jié)果溫度場截面如下：
4. 總結(jié)
Icepak可以處理更為豐富的物理模型，而且借助“網(wǎng)格優(yōu)先級(jí)”功能，輕松解決了“固體包固體”問題。
展開 中科院廣州化學(xué)研究所屈貞財(cái)博士、吳昆研究員《CEJ》：基于共價(jià)鍵連接的高導(dǎo)熱/阻燃柔性膜
圖3 MWCNTs-COOH和BP-MWCNTs的表征：（a）XRD圖；（b）拉曼光譜；（c）XPS光譜；（d）BP-MWCNT的C 1s信號(hào)；（e）BP-MWCNT的N 1s信號(hào)；（f）BP-MWCNT的O 1s信號(hào)；（g）BP、BP-NH2和BP-WMCTNS的31P NMR；（h）BP-NH2和BP-WMCTNS的1H NMR；（i）MWCNTs-COOH和BP-WMCTNS的13C NMR；（j）傅立葉變換紅外光譜；（k）TGA曲線；（l）DTG曲線
導(dǎo)熱性能測試，如圖4所示。在BP-MWCNTs添加量僅為20.0 wt%，CNF復(fù)合材料具有高達(dá)22.38 ± 0.39 W?m-1?K-1的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，相比于純的CNF，提升了3.92倍，其各向異性指數(shù)高達(dá)62.17。有效介質(zhì)理論（EMT）計(jì)算表明，由于BP納米片和MWCNTs的共價(jià)連接作用，其界面熱阻降至純MWCNTs納米片的1/39。
圖4 （a）面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)；（b）垂直導(dǎo)熱系數(shù)；（c）復(fù)合膜的各向異性指數(shù)
導(dǎo)熱機(jī)理分析，如圖5所示。對(duì)于CNF/BP-MWCNTs，由于BP-NH2與MWCNTs-COOH之間的共價(jià)橋連作用，一方面，提高了MWCNTs-COOH的排列有序性，其界面熱阻被顯著降低；另一方面，共價(jià)鍵連接有效彌補(bǔ)了MWCNTs-COOH的邊緣缺陷，減少了傳熱過程中聲子的散射和損失。當(dāng)熱流通過時(shí)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)無損失的熱量傳遞。而對(duì)于CNF/MWCNTs-COOH，由于MWCNTs-COOH的大長徑比，直接添加會(huì)引起團(tuán)聚和無序交織。當(dāng)熱流通過時(shí)，熱量將被隨機(jī)傳遞，從而引起損失。
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