溫度場仿真分析的案例
simsolid—某型排氣歧管溫度場仿真分析
exh_manifold.zip
某型排氣歧管溫度場仿真分析.pdf
某型排氣歧管溫度場仿真分析
1、分析目的
排氣歧管通常由鑄鐵或雙壁面焊接金屬制造而成。采用鑄造工藝的排氣歧管目前已廣泛應用于汽油機或柴油機。排氣歧管應當有足夠的剛度以滿足在發動機開發過程中所需的主要設計目標，比如動力性能，燃油經濟性和排放。為了實現催化劑快速和高效啟動反應，廢氣溫度應該進一步提升以確保催化劑更高的轉化效率，而排氣歧管也將承受更高的熱負荷。因此針對某排氣歧管應用simsolid軟件對其執行了溫度場仿真分析。
2、模型說明
選擇鐵素體球墨鑄鐵作為排氣歧管和增壓器渦殼材料，其材料屬性高度依賴于環境溫度。彈性模量和導熱系數隨溫度的變化見圖1和圖2。排氣歧管幾何模型如圖3所示。
圖1 材料變溫下的彈性模量 圖2 材料變溫下的導熱系數
圖3 排氣歧管幾何模型
3、溫度場分析
排氣歧管溫度場分布是進行結構分析最為重要的邊界條件。3D CFD計算結果傳遞局部換熱系數和近壁面氣體溫度，然后在一個工作循環周期內進行平均處理，即得到時間平均的換熱系數和近壁面氣體溫度。除了排氣歧管內壁面的對流換熱外，排氣歧管外壁面的對流換熱和熱輻射對傳熱分析也至關重要。時間平均的換熱系數和近壁面氣體溫度一般會隨發動機實際工況而產生變化。在Simsolid軟件中定義排氣歧管內外壁面的換熱系數和溫度，定義過程非常簡易，如圖4和圖5所示。
展開 帖一個某混凝土拱壩工程施工期及運行期溫度場仿真分析數據流
帖一個某混凝土拱壩工程施工期及運行期溫度場仿真分析數據流，供大家參考。
附件中有兩個文件：CA1*為計算數據流，DAQI.FUC為大氣年變化的周期函數.
計算簡介:
1.施工期共分37層,每層1.5米
2.施工期及壩體建成后一個月的時間步長按天考慮,隨后32個月時間步長按月計.
3.計算中多年平均氣溫作為巖體初始溫度場,各層砼澆筑溫度作為其激活時的初始溫度;
4.巖體邊界按絕熱邊界條件(第一類邊界條件);大氣與壩面按對流邊界條件（第一類邊界條件）施加;按分段線性插值函數計水化熱。
附件地址：http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=9334
展開 基于溫度場仿真的干式變壓器散熱設計
[2] 王珊珊，肖黎，廖才波.110kV環氧澆注干式變壓器流體-溫度場的有限元仿真計算[J].變壓器，2016,53(1):1-5.
[3] 吳紅菊，賀銀濤.基于溫度場仿真分析的干式變壓器散熱設計[J].機電工程技術，2019,48(8):183-185.
[4] 張爽，張璐，潘曉敏，等.基于虛擬材料法的梅花觸頭溫度場數值仿真分析[J].南方電網技術，2020,14(11):74-80.
[5] 張牧，高立業，魏娟，等.樹脂澆注干式變壓器三維溫度場仿真計算[J].天津工業大學學報，2015(3):62-66.
[6] 閆鑫笑.干式變壓器電磁-熱耦合模擬特性與實驗研究[D].天津：河北工業大學，2020.
[7] 劉博.礦用干式變壓器內部溫度場的仿真研究[J].機械管理開發，2019,34(11):59-60,63.
[8] 楊鋒，趙姍姍，傅軍.基于有限元的干式變壓器溫度場計算與分析[J].海軍工程大學學報，2016,28(4):31-36.
文章來源電氣技術與經濟. 2023(02)
展開 基于Fluent與ANSYS workbench的齒輪箱熱固耦合溫度場仿真案例
簡介：
今天為大家帶來齒輪箱瞬態溫度場仿真的原創案例。限于篇幅，這個帖子不像之前一樣把所有設置一步步貼圖，因此只給出關鍵圖，設置全部給出了表格形式。圖1和圖23是動圖，但是好像帖子里動不起來，可以點擊我的頭像——作品展示里有動態圖。
圖1 齒輪箱甩油潤滑
齒輪減速結構是機械傳動中最常見的形式，如下圖。
圖2 齒輪箱結構
由于齒輪之間存在摩擦，因此齒輪系統的溫度場必須進行關注，以確保：
齒輪結構沒有過熱（overheating）
保證齒輪結構的完整性
避免滑油過熱引發的性能下降（粘度降低）及事故發生（如風機裝置有可能油起火）
進一步延伸的話，由溫升引發的熱應力是分析齒輪與齒輪軸，乃至軸承與殼體的熱疲勞問題的必要計算條件。這個問題另外開帖與大家探討。
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正文：
齒輪溫度場涉及到摩擦學、傳熱學、機械傳動理論和有限元分析等多學科領域的知識，是一個比較復雜的問題。
1969年，Blok．H闡述了熱網絡理論，其本質是考慮系統中各部分生熱，在網絡中用一個節點表示，每個節點表示每部分的平均溫度。通過整體分析得到要求的的各部分的溫度值。這種方法的缺陷在于，首先必須建立熱阻、功率損失、對流換熱系數計算模型，而這些參數不容易獲得。那么我們考慮用仿真的手段去求解這個問題。
我們首先來分析齒輪箱的結構，齒輪箱機械結構由殼體、端蓋、大小齒輪、軸承、軸以及其他附件構成，我們首先要搞清楚分析的對象。殼體的溫度是否是我們關注的要點？在本例中不是，那么我們的分析對象就是殼體中的所有元素，殼體只作為仿真的外邊界。
展開 
軸流式血泵熱流耦合 溫度場仿真
2.血泵熱流耦合溫度場仿真
血泵各部分與血液的接觸面存在對流換熱，考慮到兩者的耦合關系，流體仿真時需要把固體以及固體熱源加入到流體仿真軟件中，從而將血液與血泵的對流換熱數值加載到固體溫度場仿真的邊界條件中，實現血泵三維溫度場的仿真求解分析。
血泵三維整體模型分為兩個部分，一個是驅動電機部分：包括定子鐵芯、定子繞組、永磁轉子以及定子外殼；另一個是血液流動區域：包括前后導輪及其導葉、旋轉葉輪、軸承以及泵殼。血泵結構如圖1所示。
圖1 軸流血泵整體結構
利用商用流體仿真軟件進行相關邊界條件的設定，主要包括材料屬性、湍流模型、進出口邊界條件、轉速以及對流換熱系數等，其中血泵各部分的材料特性參數如表1所示。各部分熱源的生熱率通過商用熱仿真軟件計算，并與流體仿真模塊進行耦合。
展開 BGA封裝焊點動靜力學與溫度場耦合仿真分析 ￥9.9
第2章 靜力學仿真分析
2.1 模型建立
基于DSP實物模型進行有限元建模，建立429個焊點模型，按照實際安裝布局建立PCB模型，并按照DSP四角實際點膠情況建立環氧樹脂模型進行模擬，具體材料屬性見下表。
表2-1 分析材料屬性
部件
材料
密度
(t/ mm3)
楊氏模量(MPa)
泊松比
屈服強度(MPa)
抗拉強度(MPa)
電路板
FR-4
1.9e-9
35000
0.2
345
420
芯片
陶瓷
3.85e-09
187000
0.25
369
448
BGA焊球
SAC305
7.3e-09
38000
0.33
44
44
環氧樹脂膠
DG-4
0.98e-09
100
0.3
—
150
1. 單元類型的選擇
結合本章節仿真條件，并為后續的熱應力仿真作鋪墊，穩態溫度場模擬選用C3D8R三維熱實體單元。該單元既能實現勻速熱傳遞，也可用于瞬態熱分析。單元類型選擇如下圖所示。
圖2-1 單元類型的選擇
2.
展開 基于片式元器件激光釬焊溫度場仿真分析
畢業設計，求指教
Workbench fluent風力發電機組葉片流場及溫度場仿真，附詳解視頻及原模型 ￥96
本文檔提供基于ANSYS的風力發電機組溫度場仿真全流程指南，涵蓋幾何處理、網格劃分、求解設置及后處理等核心環節，結合實用技巧與問題解決方案，助力用戶高效完成熱場分析，支撐機組熱管理設計與性能優化。
請使用全英文路徑完成整個流程。
1. 幾何建模與處理
1.1 幾何導入與預處理
啟動SpaceClaim模塊
在ANSYS Workbench中創建新項目，拖拽 “fluid flow(fluent)”模塊至項目流程圖。右鍵選擇“edit Geometry in SpaceClaim ”進入幾何建模界面。
通過菜單欄“File”→“Import”導入風機模型（支持格式：STEP、IGES、Parasolid等），直接拖拽模型到窗口也行。若模型包含多余部件（如螺栓、支架），需手動刪除以簡化計算。
幾何切割與旋轉操作。平面切割：選擇選項卡中的切割工具，以塔筒底部或葉片根部為參考平面進行切割，斷開幾何體的連接。此步驟確保后續旋轉操作僅作用于葉片部分。通過“Move”工具中的“Rotate”功能調整葉片至停機狀態（一個葉片朝下）。該軟件需要單獨學習操作的，可以關注作者的其他課程。
合并幾何體：使用“Combine”功能將旋轉后的葉片與塔筒合并為單一部件，避免后續分析中出現接觸面不連續問題。使用“Repair”工具修復模型中的微小縫隙或重疊面，確保幾何封閉性。對于復雜曲面（如葉片翼型），可通過“Simplify”功能減少局部細節，提升網格生成效率。
1.2 流體域抽取
創建外部流體域：在SpaceClaim中，選擇“準備”選項卡，使用“外殼”工具沿風機周圍生成長方體流體域，可以鍵盤上直接輸入數值。建議尺寸為風機幾何的20-30倍。
展開 某鋼鐵公司SDS脫硫反應器，進行熱風爐補熱溫度場分析及小蘇打顆粒的氣固兩相流分析，研究其溫度場和顆粒混合的均勻性 ￥20
本案例為某鋼鐵有限公司2×600t/d石灰雙膛窯SDS脫硫反應器，脫硫工藝采用鈉基干法脫硫+布袋除塵器方案；本次模擬主要有兩個目的：（1）由于冬季SDS反應器內煙氣溫度較低（約70℃），需通過熱風爐將煙氣加熱至約150℃，因此，需對熱風爐后的溫度場進行模擬，并添加合適導流形式，以保證在短距離內可實現溫度的均勻分布；（2）小蘇打噴槍沿煙道徑向垂直深入，為保證均勻噴射，對噴射點及后續流場進行模擬，分析SDS反應器內小蘇打顆粒的分布狀態，并添加相應的擾流措施來確保小蘇打又好又快地與煙氣混合均勻。
模型建立
按照反應器所提供圖紙大小以1：1建立三維模型，模型如下：
圖1 SDS反應器模型
圖中in1為溫度場監測面，i1~i3為小蘇打顆粒分布監測面。
邊界條件
計算參數如下，q1煙氣量為113077m3/h，煙氣溫度為70℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為26.88m/s；q2煙氣量為26385m3/h，煙氣溫度為70℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為14.59m/s；熱風爐進口熱煙氣量可等同于約22317m3/h，進口速度為42.71m/s；小蘇打粉量63kg/h；出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用LES模型，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面。
展開 速度和溫度場場協同分析
請問場協同分析后處理在cfdpost怎么做？
酒店套房室內空調流場溫度場分析
針對之前的一個咨詢課題，總結了一下，簡單介紹了室內空調流場分析和熱場分析的基本方法，根據CAD圖紙來建立室內的三維圖，其中考慮了室內墻的厚度，和室外玻璃，不同墻等材料，室內燈泡，電器，床，等家具家電折算為體熱源平攤到室內中，考慮太陽光的輻射作用，主要從玻璃墻處進入室內，設置為面熱源進入計算域，模型的CAD圖紙如下所示：
根據該CAD建立幾何3維幾何模型如下所示：
其中天花板進行了隱藏處理，建立中央空調入風口和出風口，玻璃窗戶，外墻，內墻等，進行網格劃分，如下所示：
室內房間主要有空氣對流傳熱，墻的導熱，和玻璃窗戶的輻射，通過數值分析，設置檢測點和觀測平面內空氣的流場分布來優化空調入風口和出風口的位置，為中央空調的布置提供部分依據，外墻，內墻，玻璃等材料的物性參數由測量所得，通過計算可以得到以下結果。
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展開 
Bullet外流場溫度仿真案列
在進行時間步長設置時，由于設定氣流速度為Bullet平均速度800m/s，Bullet飛行120m需要的時間為150ms，設定計算總時間為150ms，計算完成后即可得到120m處彈頭及外部空氣溫度分布。
2.4數值仿真結果
初始時刻，模型中心截面的溫度分布如圖2.9所示。如圖中所示，彈頭初始溫度為81攝氏度，外部空氣域為20攝氏度。
圖2.9 初始時刻溫度分布
計算完成后，彈體周圍溫度場分布如圖2.10所示。
圖2.10 溫度分布計算結果
由圖2.10所示，彈頭整體溫度基本沒變，彈頭周圍空氣溫度有所提高，約為50攝氏度。彈頭殼體表面平均溫度為79.1攝氏度，彈頭殼體平均溫度為79.5攝氏度，裝藥溫度為81攝氏度。彈頭殼體表面溫度以及彈頭殼體平均溫度計算結果如圖2.11所示。
圖2.11 溫度計算結果
彈頭周圍氣流速度場分布如圖2.12所示。
圖2.12 彈頭周圍氣流速度場分布
由上述仿真結果可知，120m處，彈頭表面溫度約為79.1攝氏度，彈頭殼體整體平均溫度約為79.5攝氏度，裝藥溫度依舊為81攝氏度。在后續侵徹油箱計算過程中，可分別賦予彈頭殼體與裝藥相應的不同初始溫度。
展開 管道對接2層焊，層間冷卻熔覆溫度場、應力場模擬分析
摘要
本文使用ANSYS workbench軟件對焊接過程進行焊接數值模擬，利用編程實現焊接模擬分析過程中的熱源加載和移動，利用2層生死單元模擬焊料熔化填充過程，得到焊接過程中的溫度場和應力場隨時間變化的分布情況，并對結果進行分析。
01
焊接件的物理模型
本文選取結構鋼材料進行管道焊接分析，管道內徑r=25mm，外徑R=30mm,上/下管道高度為50mm。熔覆層共有兩層，每層30個熔覆單元，每個熔覆單元弧度為360/30=12°。
基于HyperWorks的冰箱門溫度場有限元分析
表2各零部件所用材料參數表
2.3邊界條件的定義
冰箱門溫度循環試驗是將門體放置變溫室內，將環境溫度設定成從低溫升高到高溫然后再由高溫降低到低溫的循環過程。因為各個部品的材料參數是在常溫下測定的數據，所以為了模擬這種實驗工況，在HyperMesh中需要將高低溫循環的過程分解為從室溫到低溫和從室溫到高溫兩個工況:工況1室溫至低溫過程；工況2室溫至高溫過程。
實際實驗環境中整個門體是自由狀態、沒有約束的，而在有限元分析中模型如果沒有約束，計算結果是不收斂的，通常情況下的解決方法是人為地對模型施加一個約束，但這樣仿真結果往往與實際工況不符。如果載荷條件完全對稱的情況下，載荷本身就是一種約束，不需要額外添加約束計算結果也可以是收斂的。本次溫度場分析，溫度載荷相對門體是完全對稱的，所以可以不需要額外人為地添加約束，以確保仿真結果與實際工況相符。
2.4計算結果與分析
圖4工況1 門體整體變形云圖（HIPS） 圖5工況2 門體整體變形云圖（HIPS）
圖6工況1 上門蓋應力云圖（HIPS） 圖7工況2 上門蓋應力云圖（HIPS）
圖8工況1 下門蓋應力云圖（HIPS） 圖9工況2 下門蓋應力云圖（HIPS）
表3計算結果數據
分析結果表明，工況1室溫至低溫的情況下門蓋的應力和變形較大，即門蓋開裂是由低溫時的收縮引起的，這與實驗結果是一致的，最大應力發生在上下門蓋的前邊緣的中間部位，與實際斷裂部位也是吻合的，材料由ABS變更到HIPS后，由于HIPS的強度極限較小，安全系數由2.0降低到1.3，最大變形也由增加到。再加上實際實驗中高低溫循環的累計效應，實際應力大于仿真值，所以門蓋會發生開裂。
展開 軌道電磁炮技術的多場耦合仿真----電熱 結構 溫度耦合
電流密度移動過程
局部電流密度
5.3發熱功率密度
根據以上的電流密度結果可以獲取相應的導體的發熱功率，結果如圖所示，根據結果可以看到，導軌部分電流均勻，發熱功率也較為均勻.而炮彈的后側導體部分由于橫截面積較小，發熱功率較大，相應的根據電流密度在其拐角處電流密度也較大.
5.4溫度結果
根據以上的邊界條件，考慮電流發熱、摩擦生熱、高溫熱傳導和位移等結果，獲取相應的溫度結果如下圖所示，根據局部發達圖可以看到，最高溫度發生在炮彈的后方和導軌的接觸位置，由于該位置是電流集中，熱量集中，摩擦生熱集中的位置，而導軌又是可以相對位置變化的，而炮彈是持續加熱的，故該位置溫度最大
溫度隨時間變化的過程
局部放大圖
5.總結
在ANSYS中可以采用以上方法計算電磁力獲取相應的動力學特性，再根據直接耦合方法獲取相應的溫度場分布，獲取動態效果，查看溫度的傳遞運動過程。
該方法可以較好的展示移動熱源或恒定溫度沿著另一物體移動，電流接觸是變化的移動過程，查看這幾種場的耦合分析效果。
作者：大龍貓-范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS)
碩士，從事電氣行業耦合場仿真，個人微信號 fwz0703 ，
主要應用為ANSYS Workbench界面下的各個模塊的使用，包括靜力學分析，動力學分析，電磁場分析, 溫度場分析，以及電磁-熱-結構-流體 耦合場分析等；主要涉及到的仿真為電氣或汽車等通用零產品的分析計算，包括剛度，熱應力，電磁力，拓撲優化等
主要使用軟件：ANSYS Workbench，Emag，Maxwell，Fluent，CFX， DM，Ls-dyna等
專注于仿真分析，歡迎大家共同討論學習，如有問題請回復郵件 fwz0703@163.com。
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