熱學的案例
案例分享 | 日立水戶在電梯設備開發中的熱學專有技術
——有水直久先生
熱學分析的未來
從事熱學分析工作多年的有水先生，他是如何看待熱力學分析的未來的呢？
“我認為最重要的是盡可能多地反映參與人員的熱學設計思想和意見。參與人員是客戶、設計師和產品中涉及的每一個人。例如，如果有人認為結溫很危險，那么我認為進行熱學分析并嘗試是很重要的，如果當時沒有進行熱學分析，我想這是要避免造成麻煩的情況。”
——有水直久先生
有水先生經常遇到困難的熱學問題，其中燒蝕的情況很多。
“畢竟，當我認真面對棘手的熱學問題并加以解決時，我很有成就感。我認為解決設計師的問題是我的使命，而且只有當我碰壁時，我才更有責任作為CAE負責人，受到對其真正價值的質疑。這就是為什么我不想逃避，我真的很感謝在這種情況下始終與我合作的軟件開發商。”
——有水直久先生
將來，他希望利用迄今為止所獲得的熱學分析的專有技術，來幫助人才的培養。“我不認為僅憑軟件就能發展壯大。在獲得軟件工程師技術支持的同時，我們必須自己培養熱學分析的專家。”因此，日立水戶工程有限公司，今后也會繼續傳承熱學分析的專業知識技術。
展開 深度學習賦能的熱學超材料智能設計
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
通過設計熱學超材料的結構構型，可實現熱流的操縱與控制，從而獲得超常熱功能，如：熱隱身、熱集中、熱偽裝、熱旋轉等。熱學超材料設計涉及高維設計空間、多個局部極值、巨大計算成本，以及熱學屬性與單胞結構間多種對應關系等，這給熱學超材料的智能設計帶來了巨大的挑戰，因此，開發出自動、實時、可定制化地設計熱學超材料的方法十分重要。
02
成果掠影
近日，華中科技大學高亮教授團隊關于熱學超材料拓撲優化設計的最新研究成果提出了深度學習賦能的熱學超材料拓撲優化設計方法，實現了自由形狀熱學超材料的智能設計。設計的“熱隱衣”可屏蔽外部溫度場對器件內部物體的干擾，實現主動隔熱，可用于熱敏元器件的熱防護。該方法采用深度生成模型，將拓撲功能單胞概率表示在隱空間，根據熱學超材料的定制功能需求，可自動、實時地生成具有目標熱傳導張量的拓撲功能單胞，進而快速生成熱學超材料。基于上述思路，研究團隊設計了多種具有自由形狀、背景溫度獨立、全方向功能的熱隱身超材料，并通過數值仿真和熱學實驗驗證了其良好的熱隱身效果。該研究工作也為熱學超材料的智能設計提供了全新思路，可靈活實現不同背景材料、自由形狀和不同熱功能的熱學超材料的快速設計，解決了傳統熱學超材料設計中大規模有限元計算與反復優化迭代所帶來的計算效率低的難題，進一步推動了熱學超材料在航空航天、電子等領域的工程應用。相關研究成果以“Deep-Learning-Enabled Intelligent Design of Thermal Metamaterials”為題發表于《Advanced Materials》。
展開 基于sysweld焊接過程的熱學仿真學習 ￥5
本課程講述如何使用sysweld軟件進行簡單的熱學仿真．
不需要通過界面點擊操作，通過制作計算文件即可實現全部定義過程．更加清楚．
所給模板可重復使用，只需修改分組和參數即可,
有問題可留言解答哦.
基于VASP+phonopy+shengbte計算聲子相干的熱學性質
聲子相干的熱學性質在計算材料領域有著非常重要的地位，我們可以通過第一性原理計算得到任一種晶體的熱力學性質，但是很多小伙伴尤其是初學者還比較陌生，本文介紹基于DFT計算與聲子相關的性質，是用VASP+phonopy+shengbte計算一種材料的聲子譜，聲子態密度，熱力學性質（包括準簡諧近似下的亥姆霍子自由能，等壓熱容Cp，熱膨脹系數，格林愛森參數，和考慮高階聲子的聲子散射，群速度，聲子自由程，熱導率等等）共分為如下幾個部分：
(1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS 然后進行優化（這一步優化精度需要高一點，不然可能會因為優化精度不夠而導致的虛頻）
(2). 通過phonopy擴胞 生成N個位移后的POSCAR（N的數量取決于結構的對稱性，對稱性越好N的個數越少也就是計算量越小）然后計算每個displacement的POSCAR的自洽，得到二階力常數，同時也得到了聲子譜，聲子態密度和等容熱容等熱力學性質
(3). 通過準簡諧近似的方法，考慮聲子隨體積的變化，計算出材料的非簡偕熱力學性質 比如等壓熱容和熱膨脹系數等
(4). 利用thirdorder擴胞生成N個位移后的POSCAR 然后每個都進行自洽得到三階力常數（如有考慮四階力常數的必要可用fourorder擴胞得到四階力常數）
(5).
展開 
精準洞察熱性能：T3Ster 熱阻測試儀的強大優勢
（八）生成基于測試的簡化熱模型
熱學仿真模型的建立：一個可靠、標準的器件熱模型對于預測器件在各種散熱條件下的結溫，設計性能優異的散熱模組至關重要。T3ster 利用熱瞬態測試法并結合結構函數分析，能夠幫助用戶準確獲得熱阻容參數，不僅能建立穩態熱學模型，還能很好地建立動態熱學模型（DCTMs）。用戶可以利用這些模型預測器件的穩態以及瞬態熱學行為 。
熱學仿真模型的驗證：T3ster 具有高精度的采集功能和測試結果的高重現性，并且 1us 的時間分辨率可以全方位地驗證模型的穩態和瞬態特性。是目前唯一滿足半導體熱阻模型測試標準的測試儀器 。
（九）精細熱模型校準
FloTHERM 是廣泛應用于全球各地電子系統結構設計工程師和電子電路設計工程師的電子系統散熱仿真分析軟件。T3ster 通過提供物理測試方法對 FloTHERM 熱仿真軟件進行補充，可以用來驗證仿真模型或測試制造過程的質量。T3ster 通過導入生成的帶有器件封裝的結構函數測試結果并自動進行熱模型校準，通過對某些不確定參數進行合理設計并計算，得到 FloTHERM 熱模型和 T3ster 模型匹配的結果，最終達到精確建模和驗證的目的。
四、T3ster 的應用場景
（一）半導體制造與測試
在半導體制造過程中，T3ster 可用于評估封裝半導體器件的熱性能，確保產品符合設計要求和行業標準。通過對生產線上的器件進行熱特性測試，及時發現熱性能異常的產品，進行工藝調整和優化，提高產品的良品率和可靠性 。
（二）電子系統設計與優化
在電子系統設計階段，工程師可使用 T3ster 評估和優化電子元件的熱性能。通過測試，發現潛在的熱問題，如熱路徑劣化或特定組件的熱阻變化等，從而對系統設計進行改進，提升整個電子系統的熱穩定性和性能 。
展開 加泰羅尼亞：IAAC學生發明滲水陶瓷
加泰羅尼亞高等建筑學院的DMIC通過敏感材料使用，試圖重新定義“智能”，并將其嵌入到建筑環境中，通過數字仿真、建構技術設計、以及完善智能建筑系統，從而提高建筑的熱學性能。
這樣建筑環境便成為了一個生命體，作為自然的一部分，而不是與自然相排斥。建筑構件如同生態系統中生物，與周邊環境有機互動。這個項目研究建筑物中的熱學過程，以及被稱為“凝膠”的一類材料如何被動地改善建筑的熱學性能。“凝膠”是一種能夠吸收和保留500倍于自身重量的水的物質。
從化學成份上看，它們可以是羥乙基丙烯酸、丙烯酰胺、環氧乙烷或者其他物質的不溶性聚合物。作為一種冷卻劑，其工作機理是大面積的攝入水份。水汽化時放出熱量大約是0.6卡路里/克，從而導致溫度的降低。以此現象作為理論依據，該工作室已定制完成了基于該熱學理論的建筑原型，以分析能夠滿足特定條件下舒適居住條件的建筑體系。
本研究的成果——“滲水陶瓷”，作為一種蒸發冷卻裝置，降低溫度并增加濕度，從而使室內空氣溫度降低五到六度。嵌入式智能系統使其性能與室外風的溫度成正比。換句話說，當室外比較熱時，室內溫度自然地降低。同時，當沒有水份蒸發時，系統則不為室內空間降溫。
通過實驗項目組對水凝膠的功效進行了測試，并且確定了水凝膠載體的最佳材料。通過對粘土，鋁，和丙烯酸進行了控制變量的測試，項目組發現多孔的粘土是最高效的載體。學生們相信該項目可以幫助節省傳統空調總耗電量的高達28%，并且由于粘土和水凝膠在價格上的優勢，該項目成果可以作為建筑節能的一種低成本替代技術。
來源：designboom
展開 ansys軟件自帶命令流匯總
命令流主要包括：
結構
熱學
流體
電磁（低頻電磁）
接觸
基本分析過程
高級分析過程
耦合
看到每個附件就知道是哪個分類了
結構部分的命令流文件
結構部分的命令流文件.rar
熱學分析的命令流文件
熱學分析的命令流文件.rar
耦合場計算的命令流分析
耦合場計算的命令流分析.rar
低頻電磁場分析的命令流文件
低頻電磁場分析的命令流文件.rar
多體動力學，高級分析，基本分析，接觸分析，流體分析
多體動力學，高級分析，基本分析，接觸分析，流體分析.rar
基于lammps構建合金的摻雜模型
1.合金的摻雜
背景：氫脆和氦脆是影響金屬疲勞壽命和力學、熱學性質的重要因素之一。同時一些非金屬元素也常作為固溶體來改善金屬的性能。從分子層面研究金屬摻雜對金屬結構的影響是非常重要的。我們可以通過試驗數據比較，進行隨機摻雜、指定位置摻雜等。可以計算摻雜原子的形成能壘，摻雜后對周圍原子的勢能和結構分布畸變、力學性能、熱導率等，研究摻雜原子對結構的改變而引起的力學、熱學和輻照性能的影響。下面將以NI中摻雜H為例。
2具體實施方式：
2.1. 通過ATOMSK、lammps、MS等方式可以建立自己想要的合金或純金屬模型，比如以lammps建立NI：
此時Ni的結構為FCC，默認按照初始元胞沿x方向復制40倍，y、z方向復制24倍。通過write_datas輸出文件到ovtio中進行觀察。
2.2. 通過自己的需要，通過編程或者lammps中的create_atom進行摻雜
如：create_atoms 2 random 50 12345 NULL overlap 0.8 maxtry 50
表示在全體區域插入類型為2的原子50個，最小距離為0.8，如果是metal單位，即是0.08nm。而通過自定義編程能實現更多可能性。比如下面通過python程序實現的在Ni原子0.2晶格距離處摻雜H原子。此時可以通過自定義H原子的數量、位置等信息。同時通過TEM、XRD等實驗手段觀測到的團簇或者具有特定的分布函數，也可以通過編程現實。
2.3在完成摻雜后可以采用displace_atoms等方式計算摻雜原子的移動能壘、也可以進一步計算其輻照、力學、熱學性能。
最后,有相關需求,歡迎通過公眾號聯系我們.
公眾號:320科技工作室
展開 UCLA&哈工大合作Science:具備超級隔熱性能的陶瓷氣凝膠
鑒于極端條件下的隔熱要求相應的材料具備異常優異的穩定性，因此同時具備強大的機械和熱學穩定性就成為陶瓷氣凝膠在隔熱領域進一步發展應用的主要障礙。
【成果簡介】
近期，哈爾濱工業大學的李惠研究員和加州大學洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒（共同通訊作者）等人利用三維石墨烯氣凝膠模板設計合成了同時具有強大的機械和熱學穩定性的氮化硼（hBNAGs）以及碳化硅（βSiCAGs）陶瓷氣凝膠材料。這類陶瓷材料由納米層狀雙窗格壁組成，整體呈現出超低密度的雙曲線構造形態。而這一特殊結構賦予材料負泊松比（-0.25）以及負線性熱膨脹系數（-1.8x10-6/℃），致使材料維持熱穩定性的同時依然能表現出優異的可變形性和斷裂韌性。在劇烈的熱休克（大約275℃/s）以及長期高溫暴露過程中，這類材料表現出優異的熱穩定性以及幾乎為零的強度損失。同時此種氣凝膠還表現出超低的熱導率（在真空中約為2.4 mW/m·K，在空氣中約為20 mW/m·K），因此研究人員認為基于上述新型陶瓷氣凝膠可以設計理想的超級隔熱系統并在航天器等領域有所應用。2019年02月15日，相關成果以題為“Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation”的文章在線發表在Science上。
展開 TMG Overview
TMG Thermal
TMG Thermal 包括了解決大多數常見工程設計問題所需的熱學分析功能，既包括瞬態分析，也包括穩態分析。其功能包括熱傳導、熱對流、熱輻射和相變建模。
TMG Thermal 提供了一系列熱邊界條件和解算器控件，并提供用于裝配件的強大的熱學建模工具。 這種熱耦合功能使用戶能創建大型復雜裝配件各部件之間的熱流動路徑。
TMG Advanced Thermal
TMG Advanced Thermal為TMG Thermal 軟件包增加了很多先進的熱學和流體力學建模功能。例如，管道內流動建模功能包括耦合對流和流體分析。
TMG Advanced Thermal還提供一套用于在軌航天器建模和輻射分析的高級工具，能進行太陽能輻射和在軌加熱、軌道建模和軌道顯示、帶射線跟蹤的鏡面反射分析和機構運動引起的瞬態輻射熱分析。
TMG Flow
TMG Flow提供完全與TMG集成的綜合性三維計算流體動力學 (CFD) 解決方案。 該軟件與 TMG Advanced Thermal 結合時，能解決范圍廣泛的涉及流體和熱傳輸的多物理場問題。
TMG Flow 解算器使用高效而可靠的基于單元的有限容積方法和耦合的代數多重網格法離散并求解控制方程，從而得到三維流體的速度、溫度和壓力，包括穩態和瞬態分析。 低速和高速可壓縮流都能建模。 強迫對流、自然對流和混合流動均可采用多個入口、出口和內部流體邊界條件來建模。
對于電子設備冷卻應用，該軟件包能輕而易舉地為風扇曲線、入口和出口阻力 以及來自薄結構的對流進行建模。允許用戶考慮旋轉系統、移動壁、流體湍流、濕度等因素，可滿足最高級的流體建模和分析的要求。
展開 聞風“索”動，天賦必“達”｜3D體驗平臺助力風電行業數字化轉型
數字化仿真平臺的建立和應用，實現風電機組的結構、氣動、熱學、噪聲、多體等學科的優化，可以耦合結構部件、塔架、控制參數、葉片參數、載荷的相互影響，自動迭代尋優，確定關鍵參數的靈敏度和最優值。
（1）風機氣動、熱學和噪聲仿真
風機的啟動、熱學、噪聲仿真包括：
氣動仿真基于玻耳茲曼方程，描述介觀尺度下的氣體行為，玻耳茲曼方程能夠再現流體動力學極限；
支持翼型數據和特性的輸入；
基于2.5D后緣噪聲功率工作流仿真；
基于2.5D對仿真性能輸出，如：壓力分布、邊界開發、近場和遠場噪聲數值等，實現噪聲預測與預防。
（2）風機多體動力學仿真
Simpack多體動力學解算器以速度、準確性、魯棒性和多功能性，風電及子系統仿真，用于動態分析和載荷生成,為風機提供多體動力學仿真與優化解決方案，實現最佳的測試活動，驗證風機的真實運行環境。
基于Simpack的多自由度海上、陸上風電機組動力學仿真平臺，支持實現風機變槳、偏航、塔筒，發電機等部件的仿真與優化。
（3）風機多學科優化
通過搭建結構優化流程、控制參數優化流程、葉片結構/氣動參數優化流程及部件載荷優化流程等，實現從模型輸入、求解計算、后處理及載荷強度校核，到自動輸出最優參數，避免了重復的手工/界面操作工作，提升機組開發迭代效率，成功應用于各個機型設計開發中。
風機的研制、運行過程復雜、成本較高，數字化技術為企業提供了降低總體研制、安裝維修和服務成本的方法，我們將在下篇為您帶來風機數字化工藝及虛擬驗證、智能供應鏈與物流管理、智能制造與數字化管理、數字化運維與服務等相關內容，敬請期待。
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展開 
5.20世界計量日 譜尼助力企業精準測量
業務范圍：涵蓋長度、熱學、力學、電學、化學、光學、醫學等計量領域。
我們的優勢：
01
一站式專業性技術支持
為客戶提供現場校準、上門取送樣品、代送、加急等環節在內的一站式技術支持。
02
龐大的業務網絡
在全國各省會城市均建有業務聯絡點，可快速響應全國各省市地區的計量校準需求。
03
校準能力覆蓋全面
校準能力覆蓋各行各業客戶的校準需求，可開展長度、熱學、力學、電學、化學、光學和醫學等領域的校準工作。
04
專業團隊技術精湛
擁有博士、高級工程師、一級計量師為核心的技術團隊，提供專業權威的技術指導。
05
多維度的業務內容
為客戶提供計量基礎知識、企業計量管理、儀器維護保養、新方法的研發及編制等技術咨詢及培訓服務。
06
參與計量技術法規的審定工作
作為全國物理化學計量技術委員會和全國測量不確定度計量技術委員會委員單位，多次參與國家計量技術法律法規的審定工作。掌握計量前沿技術。
量值定義世界，精準改變未來，在質量興國的政策指引下，譜尼計量將繼續秉承“公正合理，數據準確，管理高效，服務周到”的方針，為客戶提供全面優質的校準業務支持和解決方案，保證量值傳遞的準確可靠！
展開 寧波材料所在生物基易回收熱固性樹脂領域取得進展
熱固性樹脂具有優異的機械性能、熱學性能、尺寸穩定性、加工性能以及化學穩定性等，在電子封裝材料、復合材料、膠粘劑及涂料等領域都具有廣泛應用。然而由于高度化學交聯的三維網絡，熱固性樹脂很難回收，同時也影響了其下游產品包括碳纖維復合材料、電子產品等的回收。針對這個問題，馬松琪研究員等人近年來做了大量工作，他們通過分子設計，在熱固性樹脂的分子結構中引入可控降解結構和可逆共價鍵結構，以實現樹脂的易回收性，取得了系列進展（Prog. Polym. Sci., 76, 65-110, 2018；ACS Sustain. Chem. Eng.,5(6): 4683-4689, 2017；Macromolecules, 49(10), 3780–3788, 2016；Macromolecules, 48(19), 7127–7137, 2015）。
近日，寧波材料所馬松琪研究員等人以原料豐富、可持續的木質素衍生物香草醛為原料，合成了一種生物基三醛基單體，進而通過與二胺單體之間的席夫堿反應制備了系列希夫堿熱固性樹脂TFMP-M、TFMP-P、TFMP-H（如圖1）。由于希夫堿鍵的存在，該類熱固性樹脂展現出了優異的熱延展性，在180℃熱壓下，10分鐘內就可重新加工成型回收（如圖2），并且在重塑后，基主體化學結構能夠保持，力學性能沒有明顯的下降；同時可在溫和酸性條件下水解，實現了熱固性樹脂的降解以及單體的回收（如圖3）。同時該希夫堿熱固性樹脂解決了已報道的可延展性熱固性樹脂熱學、力學性能低的問題，玻璃化轉變溫度達～178℃，拉伸強度達～69MPa，拉伸模量達～1925MPa。并且在結構中引入了有機磷結構，解決了熱固性樹脂易燃的問題，所得希夫堿熱固性樹脂具有優異的阻燃性，垂直燃燒試驗達到了V-0和V-1級別，有限氧指數在30%附近。
展開 材料復合新技術國家重點實驗室的計算利器—工作站/服務器/存儲配置推薦
3) 復合材料性能評估：對復合材料進行力學、熱學、電學和化學等方面的性能評估，包括強度、硬度、耐磨性、導熱性、電導率等。研究復合材料在不同環境和應力條件下的性能表現。
4) 復合材料應用研究：研究復合材料在各個領域的應用，如航空航天、汽車制造、電子設備、能源存儲等。通過探索復合材料在不同應用中的性能和可行性，推動復合材料的工程應用和產業發展。
常用的軟件工具在材料復合新技術的研究中可能包括：
1) 材料建模和設計軟件：如Materials Studio、COMSOL Multiphysics、Abaqus等，用于模擬和設計復合材料的結構和性能。
2) 工藝模擬和優化軟件：如ANSYS、SolidWorks等，用于模擬和優化復合材料的加工工藝和工藝參數。
3) 性能評估和分析軟件：如MATLAB、Origin等，用于對復合材料的力學、熱學、電學和化學性能進行評估和分析。
4) 多物理場仿真軟件：如COMSOL Multiphysics、ANSYS等，用于模擬復合材料的多種物理場耦合行為，如結構力學、熱傳導、電磁等。
隨著材料科學和復合材料技術的不斷發展，新的軟件工具和仿真平臺也在不斷涌現，研究者可能會根據最新的技術趨勢和需求選擇合適的軟件工具。
展開 以圓柱導熱為例淺談熱學參數對仿真結果的影響
本文說明了傳熱學中比熱、導熱系數、密度對傳熱的影響，以及導熱過程在CFD商用軟件中如何實現的問題。
1 理論分析
首先，我們先理清"比熱"，"導熱系數"，"密度"以及由以上量推出的"導溫系數"的概念。
密度，即單位體積內的質量，也就是物質包含質量的能力。比熱，即變化一個單位的溫度(1開爾文溫度或者1攝氏度)所需要的能量，是物質存儲能量能力的衡量。導熱系數，即物質內傳導能量的能力。因此，
導溫系數=導熱系數/(密度*比熱)
從以上公式可以看出，對于大家比較關心的溫度，不能僅僅依靠導熱系數進行判斷，而必須考慮密度和比熱的影響。物質包含的質量越多，存儲能量(留下的買路錢)越多，溫度變化必然越小。因此，密度和比熱對于溫度傳導來說都是負面效應，而導熱系數則是正面效應。
知道這幾個變量之間關系后，那么如何指導我們的CFD工作呢。
很多人在進行導熱計算或者對流換熱計算時，經常遇到的問題是，要么很長時間溫度沒有變化，溫度變化不夠，要么溫度很快就變化均勻了，不知道原因所在，不能很好解決問題。尤其是一些流固耦合傳熱過程。
2 計算實例
以上例圓柱導熱為例，模型(材料為鋁)前端初始溫度為200℃，其他面絕熱，模型初始溫度為20℃。計算這個模型的傳熱過程。
通過這個理論計算可知。整個計算過程大約在20s內完成，因此從瞬態計算的角度，應該取時間尺度為1-5s比較合適，這里取為1s。
整個計算過程的得到的中截面的溫度分布視頻如下。可以看出，整個傳熱過程的溫度傳遞過程都可以看得比較清楚，因此，這里選定的時間步長是合適的。
另外，為了說明以上參數對計算結果的影響。這里進行了四組參數的對比計算。如下圖所示：
可以看出，B1計算相比A1，導熱系數增加了1-2倍；C1相對A1，比熱增加了1倍；D1相對A1，密度增加了1
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