熱計算的案例
4月9-11日 北京 | ANSYS流固熱多物理場耦合計算工程應用方法專題
五、時間地點：
2021年04月09日 - 11日 北京
（09日全天報道10、11日全天上課）
六、專題導圖：
七、課程內容：
模塊
培訓目標
主要內容
熱-結構耦合計算
掌握熱-結構耦合計算方法
熱-結構耦合計算原理
熱計算邊界條件詳解
單向熱結構耦合-穩態熱應力計算流程
單向熱結構耦合-瞬態熱應力計算流程
雙向熱結構耦合-摩擦生熱計算
實例1：電路板芯片熱應力計算
案例2：盤式制動器制動過程摩擦生熱計算
流-熱耦合計算
掌握流-熱耦合計算方法
流-熱耦合計算原理
流體邊界條件詳解
展開 熱設計篇--電子器件的熱損耗理論計算（三）
今天我們來分享下無源器件熱損耗的計算。什么叫無源器件呢？上篇文章有提到過，簡單地講，需要電能（源）的器件叫有源器件，無需電能（源）的器件就是無源器件。無源器件一般用來進行信號傳輸，或者通過方向性進行“信號放大”，容、阻、感都是無源器件。
提到無源器件的熱損耗，不得不提到一位著名的科學家（如下照片），他是誰呢？
還沒猜中？再提示一下，是誰發現了這個規律：電流通過導體所產生的熱量和導體的電阻成正比，和通過導體的電流的平方成正比，和通電時間成正比。
對，他就是著名的焦耳，他發現了著名的焦耳定律。很多無源器件的熱損耗都是通過焦耳定律來計算的。下面我們來一一介紹：
（1）導線
連接導線的穩態熱損耗是由焦耳定律給出，即：
（2）電阻
電阻的穩態熱損耗也由焦耳定律給出，即：
（3）電容器
雖然電容器通常被認為沒有熱損耗，但實際上由于電容器內部也有阻抗，因而也會產生熱損耗。正弦波激勵的電容器熱損耗的計算式為：
（4）電感器和變壓器
電感器和變壓器的熱損耗的計算方法與電阻類似，即：
以上就是今天分享的無源器件熱損耗理論計算。實際工程應用中，很多熱損耗是可以從規格書里查到的，如果查不到，可以用這些理論公式計算。
展開 【3月8-11日 北京】結構傳熱與熱-結構耦合計算高級培訓
22個實例模型課程中人手一機操作指導
案例1：熱傳導桿
案例2：機載電子元件散熱分析
案例3：線圈電熱輻射傳熱分析
案例4：機械件的熱接觸分析
案例5：多材料裝配體的穩態熱計算
案例6：電烙鐵的瞬態熱計算
案例7：鋁飛輪鑄件凝固分析
案例8：腔體內的自然對流+輻射傳熱
案例9：ANSYS環境的多板之間的輻射傳熱
案例10：結構的蠕變疲勞計算
案例11：晶體管非線性熱分析
案例12：激光照射案例
案例13：平板對焊接及殘余應力分析
案例14：結構滑動摩擦生熱
案例15：干燥器自然對流的熱均勻性計算
案例16：換熱器的流-熱耦合傳熱計算
案例17：管道的穩態熱應力計算
案例18.管道的瞬態熱應力計算
案例19：燃燒室的火焰筒流-熱-固耦合計算
案例20.結構的熱-機耦合疲勞計算
案例21：Fluent環境的固體壁面之間的輻射傳熱
案例22：T型焊接件焊縫表面裂紋的熱-結構耦合應力強度因子計算
課程差異化
1、專注CAE仿真計算，13年大量的工程案例積累
2、7000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成的版權課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項目案例庫
主講專家
寧老師，首席專家，畢業于西安交通大學、力學博士，多年上市機械企業結構負責人，17年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，發表論文20余篇，獲得專利11項，開發有限元軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分分析、疲勞分析，線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電-熱-結構耦合計算
鈉膨脹不能作為邊界條件直接施加到模型中去，本次計算把鈉膨脹轉化為熱膨脹，再把對應的熱膨脹加進去。不同的鈉濃度對應著不同的鈉膨脹率。鈉膨脹系數是體膨脹系數，而熱膨脹系數是線膨脹系數。
電解槽啟動一定時間后，鈉在陰極炭塊內部是非線性分布的，而不同的鈉濃度對應不同的鈉膨脹率，為了計算更加準確，把炭塊分成10層，每一層有不同的鈉濃度和鈉膨脹率，也就等效成不同的熱膨脹系數。
圖1 陰極炭塊分割示意圖
1 鈉擴散和鈉膨脹的計算
鈉在陰極炭塊中的擴散符合擴散方程與一維導熱方程，二者形式上具有一致性，兩方程中各量的相互對應。因此可以考慮利用傳熱來模擬鈉擴散，根據對應關系，計算出的溫度分布可以作為鈉濃度分布結果。
利用傳熱模擬鈉擴散時，根據傳熱和擴散的對應關系，炭塊的材料屬性需要進行相應調整。因為鈉擴散是瞬態過程，所以要利用瞬態熱場計算來模擬。瞬態熱場計算中所用到的材料屬性包括密度、比熱容、傳熱系數。鈉在半石墨質炭塊中的飽和濃度為3%，啟動初期鈉的滲透比較劇烈，可以認為表層碳塊在較短時間內就達到了飽和濃度。根據計算出的鈉濃度分布，可以得到每一層碳塊的鈉膨脹率，進而得到對應的熱膨脹系數。
圖2 鈉濃度分布
2 熱應力計算
熱應力計算模型可以直接由熱場模型去掉熔體、陽極炭塊、上部結構、立柱母線等部位得到。
展開 
熱設計篇--電子器件的熱損耗理論計算（一）
電子器件的耗散功率（俗稱熱損耗）是決定熱仿真精確度的重要參數，也是電子產品熱設計的基礎。熱損耗可以通過試驗測量或者理論計算的方法確定。本文會連載幾篇介紹幾種常見電子器件熱損耗的理論計算方法，供諸君參考使用。
電子器件產生的熱量是其正常工作時必不可少的副產物。當電流流過半導體或者無源器件時，一部分功率就會以熱能的形式散失掉，這部散失掉的功率稱為熱損耗，計算公式如下：
如果電壓或者電流隨著時間變化，那么熱損耗由平均熱損耗給出，可以用下面的公式表示：
當然上面熱損耗的公式是一個籠統的公式，實際上對于不同的電子器件，公式都不一樣。后續我們會分別介紹有源器件CMOS、JunctionFET、MOSFET和無源器件導線、電阻、電容器、電感器和變壓器等熱損耗的理論計算公式。
展開 風冷環控（強迫風冷）機箱熱模擬計算案例（Icepak）
3.計算求解與后處理
計算求解前設定求解環境。Basic parameters 基本參數設定面板，關閉輻射換熱（一般的機箱類電子產品無需考慮輻射換熱），設定環境溫度為20℃。Basic setting面板，可調整最大迭代步驟。
在求解過程中，我們通常會關注部分器件的溫度（或者是壓力、速度），拖動器件到Point模型樹下，Icepak會自動監測器件的中心溫度，同時可手動更改監控點的坐標、監控參數等。
點擊求解器中的求解按鈕，待殘差曲線收斂，監控點曲線穩定后，計算完成后退出。
計算完成后，使用Plant cut 面板，可查看切面溫度云圖；使用體后處理命令可以顯示所有需要顯示溫度的器件。
圖示中，整個機箱最高溫度出現在靠近出風口的發熱器件，75.82℃。
Icepak在后處理提供了統計面板功能（Summary report），后處理時可根據需求選擇器件，在統計面板中設定需要統計的變量，形成統計數據報告表格。
4.總結
本例通過對簡易發熱機箱的設定、計算，獲得了在強迫風冷下機箱內部發熱器件的最高溫度，展現了Icepak熱仿真計算的整體流程，供學習參考。
展開 【8月29-9月1日 北京】流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用實例
雙向流熱
耦合計算
1、雙向流熱耦合簡介
2、雙向流場計算原理
3、雙向傳熱計算原理
4、雙向流熱耦合分析系統
5、流場計算設置
6、固體傳熱計算設置
7、系統耦合器計算設置
8、后處理技術
工程實例-1：內部生熱結構的對流傳熱計算
穩態熱固耦合計算（結構穩態熱應力分析）
1、穩態熱固耦合簡介
2、固體域計算原理
3、穩態熱固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、傳熱計算設置
6、固體計算設置
7、后處理技術
工程案例-1：散熱片熱固耦合分析與熱應力計算
工程案例-2：加氫反應器裙座穩態熱應力與熱疲勞計算
瞬態熱固
耦合計算
1、瞬態熱固耦合簡介
2、固體瞬態動力學計算原理
3、瞬態熱固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、傳熱計算設置
6、固體計算設置
7、后處理技術
8、雙向熱固耦合計算的探討
工程案例-1：泵殼瞬態熱應力計算
工程案例-2：壓力容器的瞬態熱應力計算與熱應力對其振動模態的影響評估
單向流固
耦合計算
1、單向流固耦合簡介
2、單向流固耦合分析系統
3、計算模型與網格
4、流場計算設置
5、固體計算設置
6、后處理技術
工程案例-1：多通管單向穩態流固耦合計算
工程案例-2：風吹方柱單向穩態態流固耦合計算
動網格
技術
1、光順法
2、分層網格法
3、網格再生技術
4、動網格計算設置技巧
展開 THESEUS-FE熱傳導計算
3、THESEUS-FE熱傳導計算
THESEUS-FE使用最為先進的有限元技術進行高速穩態和瞬態熱傳導分析。THESEUS-FE對于大模型采用稀疏矩陣迭代求解進行熱傳導計算，采用預測-校正-模擬進行高速求解。能夠及進行瞬態問題和穩態問題求解，采用固定和自適應的時間步長。THESEUS-FE具有模擬多層復合材料殼中的三維熱傳導功能，可直接導入NASTRAN模型進行計算，支持包括殼單元，3D實體單元和1D鏈接單元、耦合單元在內的全部單元類型。它還支持多層復合材料的殼單元，可輸出厚度方向的溫度剖面，并可實現復合材料殼中的內部空氣和真空層。
THESEUS-FE以其優越的性能在熱分析領域得到了廣泛的應用。THESEUS-FE在有限元理論基礎上求解熱力學方程，求解速度快，計算結果準確。對穩態和非穩態問題的求解都能滿足，易于收斂。
THESEUS-FE熱傳導計算.pdf
展開 施工階段水化熱計算算例
水化熱計算的詳細步驟
Ansys Electric電仿真根據焦耳熱計算功率 ￥1
Ansys Electric電仿真根據焦耳熱計算功率
一 分析背景
Ansys Electric在分析一個電熱時，想得到某個地方的發熱功率。
但是打開后處理如下：
并沒有我們想要的結果。
那么這里就要想一想了：
1. Commands 方式。焦耳熱Joule Heat * Volume計算
2. 其他方法，我不知道。有可能user defined result也能實現，有可能。
所以我就說說第一種。
lammps案例：石墨烯熱導率模擬計算（EMD方法)
在前面的文章中，介紹了非平衡態下石墨烯的熱導率模擬方法，本文介紹第二種熱導率模擬方法：使用平衡態分子動力學（EMD）計算熱導率。
本文仍然以石墨烯熱導率計算為例，以供大家對比參考。
在平衡態下計算熱導率，主要計算公式為Green-Kubo。
用到的主要命令為compute heat/flux。
用法為：
compute myFlux all heat/flux myKE myPE myStress
其中，myKE為原子動能，myPE為原子勢能，myStress為原子應力。
在使用compute heat/flux命令前，必須提前計算出這三個量的值。
下面給出石墨烯EMD熱導模擬代碼，代碼已經注釋。data文件可自己建模，也可加微信sunnyfirst888聯系獲取。
熱導率具體計算方法在集訓營會有詳細介紹，如有需要可微信聯系。
案例代碼
本文作者小馬老師正式推出一對一咨詢輔導服務，根據課題方向不同詳細講解對應的in文件編寫方法、模擬關鍵技術、數據后處理，經一對一咨詢輔導后能夠獨立編寫出in文件。
公眾號:
320科技工作室
展開 
承臺水化熱計算及施工技術方案 ￥200
承臺水化熱計算與施工是大型橋梁基礎施工中非常重要的一個環節，通過學習可以很好的了解大體積混凝土溫控的相關技術，對橋梁基礎施工具有指導意義！
【11月16-19日 ?西安】流-熱-固多場耦合工程實例模型計算原理與數值模擬方法
流-熱-固多場耦合工程實例模型計算原理與數值模擬方法
14個實例模型課程中人手一機操作指導
案例01：電路板芯片發熱的熱應力計算
案例02：盤式制動器制動過程摩擦生熱計算
案例03：換熱器單向流熱耦合（共軛傳熱）
案例04：水中移動熱源的雙向流熱耦合
案例05：傳感器探針的單向流固耦合
案例06：風載荷作用下廣告牌的單向流固耦合計算
案例07：結構入水的VOF+FSI耦合計算
案例08：流體流動作用下結構的強度與剛度計算（風載；水流壓力）
案例09：風機流固耦合模態計算
案例10：三通管接頭流固熱耦合計算
案例11：飛機機翼顫振的雙向流固耦合計算
案例12：強迫對流雙向流-熱耦合散熱計算
案例13：閥門開啟過程的雙向流固耦合
案例14：罐車制動過程液體沖擊力的流固耦合計算
課程差異化
1、專注CAE仿真計算，13年大量的工程案例積累
2、6000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成的版權課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項目案例庫
主講專家
首席專家，力學博士，17年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
展開 Comsol金屬氧化物避雷器（MOA）電-熱耦合計算
閥片局部老化后經過閥片柱的阻性電流和有功功率不斷增加，電場、熱場分布發生變化，絕緣劣化程度不斷加劇，整個避雷器溫度不斷上升，最終導致避雷器發生故障甚至爆炸事故。因此，掌握局部老化造成的氧化鋅避雷器電場、熱場分布，采取有效措施防止局部老化形成后場、熱擊穿，有一定的工程意義。
Ps:因不法商家瘋狂盜取本公眾號截圖，對工作室造成了不良影響，因此文章選圖皆做水印處理，為此給大家帶來不便敬請諒解。
2 物理模型
根據實體 CAD 設計圖紙，選擇直接在Comsol自帶的建模軟件繪制避雷器二維軸對稱模型，避雷器內部結構模型如圖 2所示。模型中各部分結構材料均可在材料庫中直接添加使用。在穩態直流作用下，ZnO電阻片電場除了受內部和交界面空間電荷分布影響外，主要取決于其電導率。仿真計算還需設置材料密度、相對介電常數、恒壓熱容以及導熱系數等參數，為了計算結果的準確性，以上參數均從相關資料以現有實驗數據中獲得，如圖3所示。
圖2. 計算模型
圖3. 材料參數設置
3 物理場邊界條件
電場和熱場仿真需要設置相應的邊界條件，其中電場需要設置高壓和接地邊界，熱場設置環境溫度和散熱邊界，電場和熱場之間的耦合關系為電磁熱。詳細物理場邊界條件及場路耦合模型設置如圖4所示。
圖4. 物理場邊界條件
網格剖分質量是影響計算過程收斂性和計算結果準確性的關鍵因素，網格剖分質量越高，計算結果的準確性也越高，但過于精細的剖分單元對計算機的要求越苛刻，因此，在仿真計算中僅對閥片柱進行網格加密，其他零件在保持計算結果準確性的前提下，選擇適當的剖分精度。網格剖分分布如圖5所示。
圖5. 計算模型網格和質量分布圖
4 結果展示
模型采用穩態分離式求解器進行求解，通過計算得到金屬氧化物避雷器的電勢、電場和溫度場等結果分布如下所示。
圖6.
展開 電子器件的熱損耗理論計算（二）
今天我們來分享一下典型有源器件的熱損耗理論計算方法。在正式介紹之前，先普及一下兩個名詞。什么是有源器件？什么是無源器件？
簡單地講，需要電能（源）的器件叫有源器件，無需電能（源）的器件就是無源器件。有源器件一般用來信號放大、變換等，無源器件用來進行信號傳輸，或者通過方向性進行“信號放大”。容、阻、感都是無源器件，IC、模塊等都是有源器件。（或者說，需要電能才能顯示其特性的就是有源器件，如三極管。而不用電能就能顯示其特性的就叫無源器件）
（1）CMOS器件
雙極元件的熱損耗是一個頻率相關的常數。CMOS器件的熱損耗是頻率的一階函數和器件幾何尺寸的二階函數。CMOS器件的轉換功率占總熱損耗的70%~90%。轉換功率由下式確定：
晶體管門電路在轉換狀態時產生的短路功率占總耗散功率的10%~30%。為了確定短路時的熱損耗，必須知道晶體管的門電路數。短路功率的單位通常為【μW/MHz門（電路）】，則熱損耗為：
（2）面結型場效應管（JunctionFET）
面結型場效應管有三種工作狀態：開、關和線性轉換。當面結型場效應管處于開狀態時，熱損耗為
在線性轉換和關狀態時，熱損耗為VI。
（3）Power MOSFET器件
Power MOSFET的熱損耗由5部分電流損失組成：
Power MOSFET柵損失由電容性負載和一些電阻組成，則柵結構的耗散功率計算式為
以上就是今天分享的有源器件熱損耗理論計算。實際工程應用中，很多熱損耗是可以從規格書里查到的，如果查不到，可以用這些理論公式計算。
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