溫度場的案例
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 凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬
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 基于溫度場仿真的干式變壓器散熱設計
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 利用Patran進行溫度場映射加載
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 
考慮溫度場和流場的永磁同步電機折返型冷卻水道設計
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。
展開 室內流場與溫度場的實驗測定及數值模擬
為了對數值計算結果進行檢驗，在某室內送回風節能,氣流組織模擬實驗室中對空調工況下的氣流組織和溫度分布進行了實驗測定，并采用商業軟件Airpak 對房間內的速節能,速度場、溫度場進行了數值模擬。在數值計算中采用k?ε方程作為紊流模型，以現場實測數據作為邊界條件，計算結果與實測數據吻合較好。結果表明，采用商業軟件對空調工況下室內送回風氣流組織與溫度分布的數值模擬可以獲得較準確的室內流場、溫度場及空氣年齡的詳細數據，從而可以對整個空調通風效果進行全面評價，以改進空調系統。
室內流場與溫度場的實驗測定及數值模擬.pdf
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
圖4 第15S和第45S時候的溫度分布
由于結構鋼的熔點為1500℃，對15秒時候的結果溫度進行設置，可知，焊道能夠完全熔化，焊接可靠。
圖5 15秒時焊道界面溫度分布
分別選取垂直和環繞/平行于焊道的各5個均勻分布的節點進行溫度取值，得到結果如圖：
圖6 垂直和環繞/平行于焊道的各5個均勻分布的節點
圖7 垂直于焊道的各5個均勻分布的節點的溫度曲線
圖8 環繞/平行于焊道的各5個均勻分布的節點的溫度曲線
圖9 冷卻期間溫度的變化
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應力場模擬結果
導入溫度場的結果作為結構場的邊界條件，得到的變形和等效應力如圖。
展開 淺談abaqus針對不同單元類型定義初始溫度場
在進行熱-應力分析時，初始溫度場的定義為最常見的。針對不同的單元類型（Solid單元、Shell單元、Beam單元），Abaqus提供了多種不同的定義初始溫度場的方法，可以根據實際情況靈活的選擇不同的定義方式，從而更加精確的實現仿真分析。下面簡單的介紹一下在Abaqus中以上三種單元定義初始溫度場的方法。
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Solid單元初始溫度場定義
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Shell單元初始溫度場定義
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Beam單元的初始溫度場定義
這三部分單元的初始溫度場定義詳見附件：
淺談abaqus針對不同單元類型的初始溫度場定義.pdf
展開 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 溫度場傳遞的問題－－－焊接變形和殘余應力分析
我現在正在學習模擬焊接變形的問題，這幾天已經可以運用ABAQUS來實現溫度場，以及熱－應力耦合的分析了，但是在將溫度場傳遞的過程中發現了一個我不能實現的問題，我采取的方法是間接法，即先運用單元內部生熱實現熱源的移動來模擬溫度場，之后將溫度場模型copy成另外一個模型，增加材料屬性，并將單元類型改為熱－應力耦合單元，但是在運用predefined feild導入先前的溫度場的時候發現只能導入一個分析步中的溫度場。由于焊接是瞬態分析，而且是多分析步的，每個分析步都完成了一段焊接任務，運用此方法那就不能將焊接整個過程的每個瞬時溫度場導入到熱應力分析工作中，那這和現實焊接變形的狀況差別滿大的啊？不知道做這方面模擬的朋友們你們是怎么處理這個問題的？指點一下，謝謝先
展開 基于XFlow的復合材料熱壓罐成型過程的溫度場模擬
大型復合材料結構熱壓罐工藝溫度場權衡設計[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009.
本文來自：索系統
abaqus凍土路基的溫度-水分-變形多場耦合分析
在同一路基橫斷面處，由于凍土路基溫度場和水分場分布的不同，路基表面會產生不均勻變形，即在道路橫向發生了變形。在青藏公路的不同路段，由于不同的路基填料、不同的路基高度、不同的多年凍土類型以及不同的路側積水等情況，會使得凍土路基形成縱向的波浪變形。
1 路基溫度場
溫度場的控制方程如下所示
由于凍土路基會存在凍結和融化過程，這就會伴隨著相變熱的產生，因此需要在傳統溫度控制方程中額外考慮相變熱的的影響。
路基的溫度場邊界比較復雜，本文采用第二類和第三類邊界條件，考慮太陽輻射、對流換熱和地面有效輻射的影響。太陽輻射主要影響大氣溫度變化，這里采用下式描述大氣溫度變化
對流換熱則采用下式描述
建立如圖所示的有限元模型
可以計算得到路基的溫度場分布和一年中路基的溫度變化如圖所示
2 水分場分析
凍土路基的變形與水的凍結和融化息息相關。所以分析凍土路基的變形時必須考慮水場分布的影響。
路基中水分場遷移可以通過達西定律來描述
由于凍土路基中，水分凍結后，水分會發生遷移，因此需要考慮相變對水分遷移的影響。
計算得到的飽和度分布如圖所示
3 變形場分析
凍土路基的變形包括融沉變形和車載變形。進行變形場分析時，采用摩爾庫倫準則
路面的車輛載荷采用脈沖載荷來模擬，如下圖所示
同時，水分的凍結時會產生凍脹變形，因此需要考慮凍脹率的影響。這里凍脹率選擇為0.03。
結合溫度場分析和水分場分析可以獲得路基的變形結果。
本文中，溫度場分析通過film子程序和dflux子程序定義溫度邊界，通過hetval子程序定義相變熱。變形場分析通過dload子程序定義車輛載荷，通過uexpan子程序引入凍脹影響。
展開 基于SimSolid的塑膠模具溫度場瞬態分析
5.求解計算·
設置計算時間，完畢后，提交計算，
如果只是快速的預測溫度場，粗略計算的速度很快，大約只需要5分鐘即可完成分析；從模型導入到分析結束時間不超過30min；
6.結果讀取
7200s時，整體溫度最高94.4℃；也可以查閱核心部件溫度場變化。
重點評估注塑區域鑲塊溫度是否＞90℃；
可以查閱不同時間核心部件的溫度變化；
小結：
基于SimSolid塑膠模具的預熱溫度場分析，分析過程無需專業人員，也不需要進行精確的網格及接觸處理，分析時間可以控制在1小時內，能夠滿足企業的DFM、報價、工藝預設計階段的需求，能夠大幅度降低后期不可控風險及工藝變更次數，縮短研發周期，大幅降低產品的開發成本。
本文原創首發自公眾號：阿毅工作室，轉載請注明出處！
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展開 帶溫度場的2D靜態裂紋 ￥5
載荷和應用溫度場的示意圖：
應用溫度場的教程
創建模型和裂紋
1.創建模型。所使用的材料性質是E = 72 GPA，V = 0.33，最大主應力= 575兆帕和熱膨脹= 25.2E-6 M / M的系數 ? C.（此處建立二維裂紋的過程與教程1中的類似，在此不再贅述了）
材料屬性
1.展開材料。創建材料。
2.單擊機械，然后單擊擴展。輸入您的熱膨脹系數和參考溫度。注意，這可能是溫度相關的數據，也可能是各向同性的材料。
初始溫度場
1.展開步驟。雙擊預定義字段。
2.輸入名稱作為InitTemp。步驟是初始的。類別是其他。類型是溫度。單擊繼續。
3.選擇將具有溫度場的區域。單擊完成。
4.單擊分發旁邊的創建。輸入名字。輸入表達式。單擊確定。
5.如果創建了自己的分布，請從“分布”下拉框中選擇分布形式。輸入所需的幅度。
最終溫度場
1.僅對新的溫度分布重復上述操作。
具體的CAE模型（6.14版本）及教程原文可參考附件。
展開 Abaqus子程序HETVAL模擬混凝土水化熱溫度場
圖6 Heat Generation設置
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水化熱溫度場計算結果
圖7為混凝土水化熱溫度場在11.6小時的溫度等值線圖，這里的NT11表示節點溫度（節點溫度也就一個自由度）。可以看出，等值線圖幾乎一樣均勻，這是由于整個混凝土塊與外界保持絕熱狀態，每個混凝土單元都在放熱，也就是每個混凝土單元之間不存在溫度梯度（圖8熱流量密度HFL等值線圖也可證明，可看出熱流量密度HFL很小）。而圖9表示了混凝土水化熱溫度場計算結果隨時間的變化曲線，可以看出來混凝土一直在升溫，也就沒有熱傳導，相當于均勻升溫。圖10的動畫用等值線圖的方式表示了混凝土水化熱溫度場隨著時間的變化，但實際上在每個時刻的溫度場等值線圖是一致的。
圖7 NT11溫度等值線圖
圖8 HFL熱流量密度等值線圖
圖9 模型任一單元的溫升時程圖
圖10 模型溫度場的時變動畫
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水化放熱速率及累計放熱量計算結果
圖11可發現SDV1（混凝土水化放熱速率，FLUX(1)）的等值線圖，發現等值線都是一致均勻的，這是因為每個混凝土單元都在采用同樣的水化放熱速率曲線，水化放熱速率都是一致的。另外，利用XYData和XYPlots，選擇圖12所示的某一混凝土單元，觀察SDV1隨時間的變化規律。圖13中也繪制了混凝土水化放速率隨著時間的變化曲線。同時圖14也繪制了混凝土累計水化放熱量隨著時間的變化曲線。因此，子程序在計算過程中的正確性得以保證。可以看出，水化放熱速率由0突然增大到最大值，然后逐漸減少，在24小時后放熱速率變得較小且趨于恒定，但仍舊在放熱（之前已經釋放掉大部分的熱量）。
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