溫度場
關注創建者：yuzhiji 創建時間：2017-01-16
溫度場的視頻教程
高斯熱源焊接雙向耦合與單向耦合溫度場、應力場對比分析
利用workbench，對高斯移動熱源焊接進行仿真，探究單向耦合的溫度場、應力場與相同邊界條件下雙向耦合的結果差異。 溫度場對比 應力場對比
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ANSYS高斯脈沖激光光源溫度場模擬APDL
求得上層板材中心位置溫度隨時間的變化曲線 1. 溫度場只考慮傳熱，不考慮對流以及輻射，環境溫度為室溫25攝氏度。 2. 材料的各項參數不是固定參數，而是隨溫度變化的參數。 激光參數： 光斑直徑：100微米 激光功率：200W?? 掃描速率v=800mm/s? 占空比ra=0.5? 激光頻率f=20000Hz? 以下為中間過程中的溫度場
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ABAQUS模擬混凝土水化熱溫度場、熱應力裂縫擴展（XFEM）
ABAQUS模擬混凝土溫度場（含HETVAL子程序模擬水化熱溫度場）、溫度應力、溫度損傷演化和溫度裂縫擴展（XFEM）；相應模型和代碼源文件可在附件下載，其中cae版本為Abaqus 2020，較低的版本可運行該cae模型的jnl和inp文件，怎么運行后面視頻中也會講解。 課程每周都會持續更新，to be continued！
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溫度場的實例教程
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 凍融作用在自然界中普遍存在如自然環境科學中滲流與溫度的相互作用會影響到滲流場和溫度場的分布從而影響生物的生存環境。高寒地區工程的凍融破壞作用例如路基凍脹穩定問題寒區隧道的凍脹破壞等這些都是滲流和溫度的耦合問題。為了揭示凍融作用下滲流場和溫度場的變化規律建立了描述滲流場及溫度場耦合的偏微分方程其中滲流方程中考慮了溫度作用引起的介質滲透特性的變化和水量變化及溫度梯度對滲流的影響。在溫度方程中考慮了相變對介質熱物理參數的影響及水流動引起的對流作用影響。然后利用多物理場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics成功的求解該方程組通過算例與Lunardini的解析解進行了對比驗證數學模型的合理性。最后通過一個凍結壁算例計算了在水流和熱傳導作用下的凍融情況和溫度場的變化規律。結果表明溫度場對滲流場分布有一定的影響同樣滲流對凍融作用的影響顯著在凍融和滲流的作用下溫度場發生了明顯的變化。
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬.pdf
展開 在故障發生的前后一段時間內，溫度場會隨著故障的發生而產生不同的變化。為了解溫度場的變化，利用有限元分析，建立干式變壓器的三維模型，并對模型的電磁場、溫度場和流體場進行計算，得到干式變壓器的溫度場分布。通過干式變壓器的溫度場分析出干式變壓器易存在過熱點的位置，對該位置進行故障模擬，獲取變壓器的溫度場分布變化，再根據分布變化對影響干式變壓器的散熱的出風口位置進行優化模擬。結果表明，模擬結果與試驗結果吻合，通風口位置設置會影響產品的散熱效果。
關鍵詞：溫度場;
;散熱;有限元;
0 引言
如果對干式變壓器進行溫升計算，需要通過溫升計算公式實現變壓器的穩態溫升，利用平均溫升讓變壓器產生負荷，并在變壓器的繞組和鐵心的表面進行計算并產生負荷，通過經驗系數實現變壓器的繞組溫升。當變壓器處于風冷狀態，需要通過冷卻的方式讓變壓器的室內環境保持平衡，并讓變壓器中的各個通道阻力產生不同的方向和不同的變化，讓各個通道中的對流換熱系統發生改變，當發生氣流死角時，如果無法采用常規的計算公式進行溫升，需要使用有限元仿真技術，讓溫度場得到變化。在實際的理論操作中，通過阻力因子、流體漸變的方式實現對流換熱，并利用流體介質完成建模，實現氣壓的分配，完成最終的對流換熱系數。
1 溫度場
溫度場可以直接表示空間和時間，還可以利用空間和時間讓溫度發生相應的變化。在溫度場中，熱量的產生與傳遞都存在著緊密的聯系，而熱量的產生更是直接關系到溫度場上的所有變化因素，同時更反映出溫度場中的各個位置所發生的不同變化。干式變壓器在運行的過程中，所有的熱量傳遞都需要通過高壓繞組、低壓繞組和鐵心完成，運行工況和時長不同，熱量會發生不同的變化，熱量傳遞發生在不同的部位，傳遞介質不同會導致溫度分布不均。當溫度分布不均時，干式變壓器就會通過熱傳導、熱對流的方式完成熱量傳遞。
展開 注：附件圖片依次對應文中圖片
利用Patran進行溫度場映射加載
背景
在進行熱應力計算時，通常有兩個步驟：1.計算溫度場；2.利用溫度場的結果作為結構熱載荷計算熱應力。
問題在于，傳熱計算通常使用非常稀疏的網格，而結構計算通常需要精細化網格。因此，需要前處理將稀疏網格的溫度場結果映射到結構的精細網格上去。本文主要講述如何利用Patran進行不同模型之間的溫度場加載。
解決方案
使用Patran基于FEM的場函數。
計算案例
為了方便查看插值效果，只使用一個體單元模型做案例分析。
1. 計算溫度場
利用稀疏網格計算溫度場，使用穩態或者瞬態計算都可以。本文計算瞬態溫度場，輸出溫度結果到op2文件。模型及邊界條件見下圖。使用模型tet4-thermal.bdf
2. 計算熱應力
Step 1：建立結構網格，命名為tet4-thermal_stress。對結構網格的節點和單元進行編號，使之大于熱模型中的節點和單元。
Step 2：創建一個空的組，并設置為當前組。如命名為temp_results。隱藏其它組。
Step 3：導入熱模型的bdf文件和op2文件結果，顯示quick plot結果。導入bdf文件時，設置導入參數：只選擇節點和單元導入；定義偏置選項中，節點和單元的偏置設為0。查看溫度場結果確認其正確性。
Step 4：創建場函數
選擇FEM連續場函數，采用線性外插。Create->Spatial->FEM->Continuous->Scalar->Current group
Step 5：切換組顯示：不顯示熱網格；顯示所有的結構網格。注意不要刪除temp_results組的熱網格，Patran需要這些網格信息來插值。
Step 6：加載溫度場結果。選擇溫度場函數，選擇所有節點。查看溫度場載荷。
展開 本文研究水冷系統的永磁同步電機在求解溫度場與流場的問題時，流-固界面的速度梯度與溫度梯度變化較大，需在梯度方向上有足夠多的節點，才能準確反映溫度與速度的變化情形。為準確反映邊界層處的參數，流體域的三維模型使用膨脹層邊界網格，流體域主體網格單元尺寸為2 mm，邊界層為5層變化率為1.2的較密網格，如圖5所示。
圖5 流體域網格
Fig.5 The mesh of the fluid domain
1.4 熱源分布
電機的溫升主要由各種損耗造成，永磁同步電機的損耗主要包括定子和轉子的鐵心損耗、定子繞組銅耗、機械損耗和雜散損耗。因電機使用水冷系統不需要通風，轉子風摩損耗小，同時電機的機械損耗與鐵耗、銅耗相比所占比例很小，對于水冷電機溫度場仿真結果影響不大，可以忽略不計。由于永磁同步電機的損耗通過解析法計算比較困難，故在進行電機溫度場、流場分析前需先借助電磁場有限元分析軟件對電機損耗進行計算。電機在額定工況下各部分損耗值見表2。永磁體采用了軸向分段設計，但該永磁同步電機所采用的分數槽繞組結構使其諧波含量較大，且永磁體離氣隙較近，所以永磁體的渦流損耗值較大。
表2 電機額定工況下各部分損耗值
Tab.2 Loss value of motor under rated working condition
2 電機溫度場、流場計算結果及驗證
2.1 電機額定工況下仿真結果
將電機在額定工況下運行時損耗產生的熱量施加到各對應部位作為熱源，冷卻水的入口水流量為14 L/min，入口水溫為70℃，室溫為30℃，當迭代計算收斂后，可得到電機連續運行到溫度達到平衡狀態的溫度場及流場。
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基于 Ansys Maxwell、Mechanical、Fluent、Icepak 等核心工具，講解電力設備全流程仿真解決方案，覆蓋關鍵場景：電磁仿真-開關產品 / 變壓器電磁場分析、繞組渦流損耗與磁路優化、絕緣電場分布與耐壓校核；結構仿真-設備殼體與鐵芯強度校核、振動模態與諧響應分析、長期運行疲勞壽命預測；流體與熱仿真-變壓器油流散熱優化、流場 - 溫度場耦合分析；2.
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</div><p><strong style="color: rgb(212, 20, 20);">■ 溫控系統</strong></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p>在溫控設計方面，鋼鐵藝術隊先對無冷卻狀態下的溫度場進行了分析
變形結束后的應力分布情況：
變形結束后的累計剪切滑移：
變形結束后的溫度場分布：
<p class="ql-align-center">內澆口平均速度分析</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong style="color: rgb(212, 20, 20);">■ 溫控系統</strong></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p>在溫控設計方面，鋼鐵藝術隊先對無冷卻狀態下的溫度場進行了分析
電機電磁場、應力場及溫度場仿真設計一體化
電機產品的設計流程復雜且涉及力、熱、電磁等多物理場及其耦合。當前的策略多采用獨立的仿真軟件對單個物理場進行優化設計，缺乏統一設計平臺和數據交互系統，導致產品開發效率低、多學科設計流程割裂等實際問題。
、應力場，實現"所見即所得"的交互體驗
計算特征：單線程輕量計算，對硬件壓力極低
二、計算特點深度剖析
2.1 數據生成階段——多物理場求解的"批量轟炸"
這是代理模型workflow中最耗時、最燒錢、最吃硬件的環節。
綜合診斷
該連桿的問題并非單一的“淬火不足”或“材料異常”，而是模鍛后溫度場不均、鍛后組織繼承效應、再加熱均熱不足以及水淬換熱差異共同疊加的結果。要提升產品穩定性，必須從鏈式工藝角度整體優化，而不能只孤立調整熱處理參數。
傳統設計難以準確耦合光學、結構與溫度場的相互作用，導致研發周期長、成本高。長春理工大學與東莞市宇瞳光學科技股份有限公司聯合團隊<sup>[1]</sup>，以<strong>Zemax OpticStudio</strong>為核心工具，通過光機熱集成仿真分析，成功實現安防鏡頭熱離焦的準確預估與高效補償，相關成果發表于《應用光學》期刊（2025年第46卷第5期）。
冷卻前（左）后（右）縮孔縮松結果對比
同時，通過溫度場對比分析可以發現，未加冷卻時模具存在明顯熱點，而優化后溫度分布趨于均衡，從而提升了成型穩定性。
這需要同時跟蹤結構的瞬態溫度場，以及材料性能隨溫度和時間的變化規律，以準確評估熱效應對疲勞壽命的影響。
