熱傳遞的案例
基于MeshFree的活塞熱傳遞分析
活塞熱傳遞分析.rar
1.背景
當物體與周圍環境存在溫差時，熱量就會從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞，這就是熱傳遞現象。熱傳遞分析可以分為穩態熱傳遞分析和瞬態熱傳遞分析。通過MeshFree對活塞進行了熱傳遞分析。
2.參數設置
分析類型選擇熱傳遞，導入piston.X_T文件，穩定狀態是指物體和周圍環境處于相同溫度。在這種狀態下，引起傳熱的條件、傳熱速率和溫度分布是均勻的，并且不隨時間變化。非線性穩態傳熱分析是一種分析穩態傳熱和溫度分布的方法。在這種情況下，輸入材料參數和邊界條件是與溫度相關的。
2.1固定溫度設置
固定溫度指定一個不變的溫度值，適用于溫度已知的地方。固定溫度屬于傳熱分析中的邊界條件。指定固定溫度的部件，溫度總是不變的。
2.2對流設置
固體表面與周圍流體之間的熱交換，屬于傳熱分析中的邊界條件，用對流換熱系數來表示。
3.結果查看
溫度
溫度梯度結果
熱流量結果
展開 高溫模擬下冰塊的熱傳遞和融化過程 ￥19.89
本作業主要應用Umeshmotion子程序模擬高溫下冰塊的熱傳遞和融化過程。在此之前，我們在課堂上學習過支架的線性靜力分析、壓力容器內壓靜力分析、含切口板材單軸拉伸模擬、罐與接管的熱分析、基體上薄膜脫粘分析等，結合這些基礎，通過設定材料屬性，使用ALE自適應網格控制，調用Umeshmotion子程序，來模擬高溫下冰塊的熱傳遞和融化過程。ABAQUS的Umeshmotion利用自適應網格技術在計算過程中自動調整節點位置，由此可進行燒蝕、磨損等涉及節點移動的模型仿真。
在ABAQUS中利用此可進行以下探究（本文僅進行案例復刻及一些改變）：
熱傳遞機制的模擬：在高溫環境下，模擬冰塊內部的熱傳遞機制，包括傳導、對流和輻射。ABAQUS提供了多種材料模型和邊界條件來模擬這些熱傳遞過程。例如，通過定義材料的熱導率、比熱容和熱膨脹系數，以及設置對流換熱系數和輻射參數，可以模擬冰塊在高溫環境中的熱響應。
融化動力學的探究：通過ABAQUS模擬冰塊在高溫條件下的融化速度和形態變化。ABAQUS的Umeshmotion子程序可以用來模擬冰塊融化過程中體積的不斷減少，這一仿真技巧也可以拓展應用到磨損、燒蝕、腐蝕等一系列涉及材料外形變化的仿真。
溫度分布的分析：利用ABAQUS模擬冰塊在不同溫度梯度下的內部溫度分布。通過設置初始溫度條件和對流換熱系數，可以研究薄膜內的溫度場，為后續的應力分析提供基礎。
物理性質變化的評估：在ABAQUS中模擬冰塊融化過程中物理性質（如密度、熱導率）的變化。這些性質的變化對熱傳遞和融化過程有重要影響，可以通過定義溫度-屬性關系表來進行模擬。
環境影響的考慮：研究環境因素（如壓力、氣流）對冰塊熱傳遞和融化過程的影響。ABAQUS允許設置復雜的邊界條件和初始條件，以模擬實際環境中的熱傳遞情況。
展開 ansys輻射熱傳遞綜合實例
輻射熱傳遞綜合實例 ，并附有表面效應單元的使用 ，PPT+命令流（帶注釋）
輻射熱傳遞.part1.rar
輻射熱傳遞.part2.rar
在 COMSOL 中模擬多孔介質中的熱濕傳遞
上一篇文章中，我們討論了空氣中的熱濕傳遞。接下來，我們討論需要考慮的孔隙中的熱濕傳遞過程，以及如何用 COMSOL Multiphysics? 軟件模擬多孔介質中的熱濕傳遞。
建筑材料中的熱濕傳遞模型
建筑工程師的目標是提高建筑物圍護結構的節能性和可持續性。雖然他們的做法是基于過去的經驗，但新的材料和建筑技術不斷被開發出來，為建筑物設計和熱管理提供了廣泛的選擇。讓我們看看如何模擬建筑材料中的熱濕傳遞，來幫助降低能源成本和保護建筑。
可以通過建立熱濕傳遞模型分析建筑物圍護結構。
控制水分對于優化建筑物圍護結構的熱性能和降低能源成本而言至關重要。絕緣或隔離材料的熱性能通常取決于溫度和水分含量。因此，熱濕耦合模型有助于我們全面地分析建筑構件的熱性能，例如石灰硅磚的熱導率與相對濕度的依賴關系。。
石灰硅磚導熱率與濕度的依賴關系。
上圖顯示，在相對濕度較高的情況下，石灰硅磚的熱隔離性會降低兩倍。
此外，我們必須在建筑物設計過程中考慮濕度控制，來選擇能夠減少凝結風險的建筑構件。熱濕傳遞的耦合模型使我們能夠分析建筑構件中不同的水分變化和現象，例如：
最初施工時產生的水分干燥
在較溫暖的時期，由于水分從外部向內部遷移而產生的凝結
在較冷的時期，由于水汽擴散造成的間歇性凝結導致的水分積累
以在溫暖的室內環境和寒冷的室外環境之間的木結構墻為例，水汽通過墻壁從室內的高濕度環境擴散到室外的低濕度環境，就會產生與靠近外墻的、與低溫度值相關的高相對濕度值，直接導致冷凝的風險。
木質框架墻中的相對濕度分布。
凝結會導致霉菌生長，直接影響人類健康和建筑物的可持續性。例如，霉菌的生長速度是保護歷史建筑的關鍵數據。
展開 
無網格劃分新技術midas MeshFree - 熱傳遞分析案例
簡便 高效
今天繼續為大家推出的是熱傳遞分析模塊，針對下面的模型，利用MeshFree進行穩態熱傳遞分析。
分析模型
模型中較小的部件為熱源，熱源大小0.22W/mm3.
兩個部件除了相互接觸的面均施加對流邊界，環境溫度55℃，對流換熱系數3e-5W/(mm2·℃) 。
MeshFree的分析流程
①新建項目，并選擇分析類型
選擇熱傳遞分析
②導入CAD
③選擇材料模型
這里選擇的材料模型時合金鋼（Alloy Steel）
其中較小的熱源部件材料模型為Brass，大部件材料模型選擇為6061Alloy。
④接觸設置
接觸無需更改，采用自動創建的焊接接觸即可。
展開 所見即所得，Simsolid快速進行熱傳遞分析
通過Simsolid對機箱結構進行快速的熱傳遞分析。
如下是簡化的機箱結構，包含散熱結構（藍色）和熱源（綠色）。導入模型后就可自動識別接觸面，非常方便。
分別用Simsolid的材料庫對兩個部件進行材料賦予。散熱結構為鋁AL6061，熱源是銅，如下所示，可查看導熱系數等。Simsolid包含了大部分的材料，非常貼心，也可進行自定義材料設置。
添加熱源和對流條件：熱源大小0.22e9 W/m^3，對流系數30 W/m^2*K，環境溫度55℃。
這些設置結束后即可進行計算和查看結果了。
后續有需要也可以進行熱應力分析，通過不同的Design study的關聯，也是很便捷高效。
總結
Simsolid是個非常方便的軟件，基本可以認為所見即所得，不需要特別復雜的操作即可得到想要的結果，特別適合需要快速得到答案以及不同方案對比的情況。而且目前能進行大部分的靜力學和動力學計算，相信隨著軟件的開發，Simsolid會越來越全面。
展開 《從零開始學散熱||》討論題：熱量的傳遞方式有哪幾種?如何判斷一項技術對熱有價值？
<h2><strong>討論題：熱量的傳遞方式有哪些？</strong></h2><p>A.熱傳遞 B.熱對流 C.熱輻射 D.液冷</p><p><br></p><p> 這是一道基礎理論題。答案是ABC。 液冷是一種冷卻方式，但不是熱量的傳遞方式。這是一道需要記憶而不是理解的題目。</p><p>熱設計中，控制溫度所做的所有動作，包含散熱器的設計，風道設計，導熱界面材料的設計等，都是從這三種傳熱方式的影響因素出發的。換句話講，如果一種技術宣稱能改善散熱，但無法說明影響了這三種傳熱方式中的哪一種，有極大可能就是它并不能改善散熱。這對于判斷某項技術是否對熱有用，是一個基本的，有用的分析出發點 。
展開 CFD|共軛傳熱
：無量綱溫度
????,???? ：壁面/流體溫度
????：壁面熱流速
???? ：湍流動能
??+: 無維壁面距離
κ: Karman常數,0.4187
E: 3.793
表示
滿足??+的閾值。無量綱溫度
由于與壁面與流體的溫差和流入流體的熱流速有關，因此壁面附近產生的熱邊界層對以下對流換熱系數產生顯著影響：
并行湍流計算的熱傳遞分析可以在給定壁面距離的地方反映熱邊界層效果。
根據相鄰邊界設置方式的熱傳遞特征
復合熱傳遞分析是指包含固體的熱流分析。執行復合熱傳遞分析時，必然會在區域和區域之間創建一個相鄰的邊界面，根據該邊界面顯示的熱傳遞特征，可以以適當的方式設置條件。
合并節點
當區域1和區域2相切時，通過將邊界上相對的切點合并為一個來計算熱傳遞。此時，節點合并后的節點使用每個區域的質量屬性來求解連接節點和熱傳遞方程。因為是一個節點，所以邊界面的溫度表示為一個常數。
主要用于固體之間無熱阻接觸的情況。（焊接、焊接等）
節點合并方式的節點組成和解析溫度分布
接觸條件–恒定熱阻
當區域1和區域2相切時，保持構成邊界面的每個區域的切點不變，并賦予接觸條件。通過設置薄的邊界區域，可以計算每個區域的不同溫度值，因此可以應用恒定熱阻來實現接觸熱阻。
主要適用于通過締合進行簡單接觸的固體之間的邊界面。
接觸條件方式的節點配置和接觸熱阻應用時解析溫度分布
接觸條件-熱邊界層
由于壁面上流體產生的熱邊界層與常用的計算流體力學中使用的元素大小相比非常薄，因此在不使用相當稠密的元素網的情況下，很難數值求解溫度分布。
展開 Abaqus熱傳導模型溫度傳遞只能傳遞一層單元
如圖所示，只有一層單元溫度有變化，溫度傳遞不到內層單元，綠色豎線標出來的代表間隙，這個模型是一個一層一層卷起來的螺旋線模型，層與層之間存在間隙。模型材料是鋼，采取的m制，導熱系數52，密度7850，比熱700，間隙處也設置了接觸熱阻，有間隙熱傳導。但是溫度傳遞就是只能傳遞一層單元
Abaqus熱傳導與熱應力分析基礎知識介紹
熱傳遞的分析目標是研究熱量的傳遞過程。熱傳遞分析以熱變量或與熱相關的變量的形式來計算熱響應，如溫度分布和溫度梯度以及熱通量。
熱傳遞分析包括兩種類型，第一種，非耦合的熱響應，即純熱傳遞分析；第二種耦合的響應（熱-應力分析），分為順序耦合和完全耦合。純熱傳遞分析在Abaqus/Standard中完成，耦合響應在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中完成。
熱傳遞包括三種模式：
傳導，也被稱為“實體熱傳遞”，發生在物體內的分子水平上，金屬是典型的熱的良導體，氣體則不是。
對流，是通過熱物質（氣體或者流體）的流動進行熱量傳遞，包括自然對流和強制對流，如水泵、風機或其他壓差作用引起的對流。
輻射，即電磁輻射，發生不需要介質，真空中亦可。
熱傳遞可以上述一種或幾種模式的組合來進行。在熱傳遞分析中用到的基本量有以下這些，如圖所示。
abaqus-復合材料仿真分析基礎篇.pdf
展開 基于HyperWorks的瞬態熱-固耦合分析 ￥20
前言：HyperWorks具有強大的傳熱分析能力，其操作過程也并不復雜，只需要搞懂一些卡片的設置含義，按照既定的步驟進行操作，就可以實現熱傳遞分析了。本次仿真選擇彎管模型，通過對彎管的一端施加熱源，得到彎管的溫度場隨時間的變化云圖，又由于彎管內積攢的熱能無法在短時間內散出，故會產生熱應力及位移變化，通過仿真后處理可以得到彎管的熱應力分布情況以及隨著時間的變化，彎管內的熱傳遞情況。
一、傳熱分析基本概念
1、熱傳遞方式
熱傳遞共有三種傳遞方式，分別是熱傳導、熱對流和熱輻射。本次仿真中主要用到前兩種熱傳遞方法。
熱傳導是熱量從系統的一部分傳導到另一部分或由一個系統傳導到另一個系統的現象，通常發生在固體中；熱對流是液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環流動使溫度趨于均勻的過程。
2、熱—固耦合分析
熱固耦合的基本思路是先進行熱傳導分析以獲取結構的溫度場，這個溫度場將作為結構分析的載荷的一部分，耦合分析將按照嚴格的順序進行，通常會先進行熱分析，熱分析影響后續的結構分析，而結構分析對熱分析則沒有影響。
3、常用的熱學材料參數
Thermal expansion coeffcient：熱膨脹系數[A]
Thermal conductivity：熱導率[K]
Heat transfer coefficient：熱傳遞系數[H]
Heat capacity at constant pressure：恒定壓力下的熱容量[CP]
二、有限元建模
本次仿真主要關注1、通過熱源加載進行瞬態熱傳遞過程2、自由對流散熱分析3、熱—固耦合時結構內應力及位移情況。通過本次仿真，你可以學到物體隨著時間的推移，由于外部熱輸入和自然冷卻作用下的溫度變化過程，以及結構受熱應力作用下自身的應力及位移變形情況。
展開 
新納米涂層可使工業陶瓷免受熱沖擊
不過，在高溫下，陶瓷容易因快速溫度改變事件（比如冷水滴同熱表面接觸）引發的熱沖擊而斷裂。在一種新穎的跨學科方法中，美國新墨西哥大學的工程師在美國物理聯合會（AIP）出版集團下屬《美國物理聯合會進展》雜志上報告了一種預防陶瓷熱沖擊的廉價、簡單疏水涂料。
“我們利用了完全相同的材料，但控制了熱傳遞，使陶瓷經歷更加溫和的溫度梯度、減輕拉伸應力，由此極大改善熱沖擊行為。”論文作者之一Youho Lee介紹說。
熱沖擊是未意識到玻璃對急劇溫度變化非常敏感的新手廚師在廚房中通常經歷的一種現象。如果剛從烤箱熱度中恢復的玻璃沙鍋受到冷水沖擊，表面溫度的突然降低會在材料內部產生不均衡的溫度梯度，引發拉伸應力以及最終的破裂。相同的熱沖擊敏感性也會影響工業陶瓷的壽命。
從跨學科的學術背景出發，Lee決定探尋熱傳遞對陶瓷熱沖擊的影響。他通過拍攝水滴對加熱陶瓷表面影響的高速視頻分析了熱傳遞。“當熱傳遞快速進行時，碰撞瞬間會產生猛烈的氣泡和表面上的噴射流。”
研究發現，這些更加快速的熱傳遞模式同材料強度的減少相對應。當陶瓷被加熱至325℃時，出現了更加劇烈的液滴動力學過程（表明更加快速的熱傳遞），材料強度也相應地大幅下降。不過，在高于325℃時，材料強度似乎較少受到熱沖擊影響，同時液滴動力學發生改變，形成更加明顯的蒸汽膜。
為減少熱傳遞以及陶瓷在高達325℃時經歷的熱沖擊，Lee利用了一些核工程學的基本知識，也就是說，二相熱傳遞速率可通過將水從表面驅趕走以形成絕緣蒸汽膜而被降低。為此，他在陶瓷表面涂上納米粒子，產生納米結構的疏水面。當試驗在擁有新涂層的陶瓷材料上重復時，水滴動力學得到極大改變，也沒有猛烈的泡沫噴出。而蒸汽膜的形成被觀察到。關鍵在于擁有新涂層的陶瓷在水滴撞擊后并未出現強度上的改變。
展開 CFD基礎課程系列: 第4章 熱的基本概念
4.4 熱的傳遞形態
有3種熱的傳遞形態：熱傳導，熱對流和輻射。如圖4.5所示房間的熱加溫，感覺地板下地熱的溫暖是熱傳導，從制熱空調的暖風感覺到的溫暖是熱對流，從身邊的電爐/火爐感覺到溫暖是輻射。以下對熱傳導，熱對流和輻射再做一些詳細說明。
圖4.5 熱的傳遞形態
4.4.1 熱傳導
物體內的溫度不均一時，由于構成物質的原子或者分子（金屬的話還包含自由電子）的運動，產生由高溫領域向低溫領域的熱傳遞（傳遞）。這種熱的傳遞形態稱為熱傳遞。
比如，如圖4.6所示，手拿灌滿熱茶的鐵罐時會感覺到燙，這是因為鐵罐里的茶和拿鐵罐的手之間存在溫度差，通過鐵罐，產生了熱傳導。
圖4.6 由熱傳導引起的熱傳遞
溫度差相同時，物質的熱傳導率越大由熱傳導傳遞的熱量就越多。
并且，熱傳導是物質不伴隨移動時發生的熱移動現象，不僅固體，氣體/液體等流體也可以發生。
4.4.2 熱對流
熱傳導時物質本身不移動發生熱的傳遞，流體流動時發生的熱傳送現象被稱為熱對流。熱對流比熱傳導能夠傳遞更多的熱。
比如，如圖4.7所示，注水的容器加熱時，加熱的容器與水接觸面附近熱是通過熱傳導來傳遞的。然后被加熱的水由于浮力上升產生對流，熱是通過流動被運送的。
圖4.7 熱對流引起的熱傳遞
固體表面與流體之間的熱對流傳遞量是由對流換熱數來表現的。對流換熱系數隨流體種類，流動狀態，物體形狀的不同而變化，它的值越大被傳遞的熱就越多。
一般來說，流體的熱傳導率越大對流換熱系數就越大。因此，氣體相較與液體，液體的對流換熱系數更大。
比如，可以走進100 ℃的桑拿房，但絕對進不了100 ℃的浴池。這是因為水的對流換熱系數比空氣要大得多，更容易傳遞熱，在水里更容易感覺水的熱。
展開 技術小貼士：RecurDyn×Particleworks雙向熱流體聯合仿真
使用Particleworks 7.2或更以上版本時，用戶可使用RecurDyn FFlex（結構主體）和Particleworks MPS粒子（流體粒子）之間的雙向熱傳遞功能。
根據設定的時間步長，將Particleworks計算的熱傳遞系數（HTC）和流體粒子的溫度信息與RecurDyn的結構主體（節點）的溫度信息進行交換，并將每個溫度條件用作流體和固體熱傳遞分析的邊界條件。
RecurDyn和Particleworks通過專用接口Standard SPI以實時雙向的方式發送熱傳遞分析數據（2-way）。
利用此功能，用戶可以預測Body在流體中的冷卻及加熱狀態，以及結構體在流體中的膨脹和收縮。并且可以通過仿真來預測與流體接觸并移動的Body的熱傳遞以及相應的熱分析。
以下示例為齒輪箱內齒輪通過潤滑油冷卻的效果分析。
展開 STAR-CCM+在汽車行業中的應用
參考案例-熱傳遞和輻射-基于部件的殼體：排氣管
參考案例-固體應力-共軛傳熱和熱應力：排氣岐管
參考案例-固體應力-流體結構相互作用：振動管
參考案例-固體應力-來自映射溫度數據的熱應力：排氣岐管
參考案例-與 CAE 程序耦合-Simcenter STAR-CCM+ 至 Simcenter STAR-CCM+ 耦合：煙囪中的熱傳遞
參考案例-與 CAE 程序耦合-Abaqus 基于文件耦合：排氣岐管
參考案例-與 CAE 程序耦合-Abaqus 協同仿真：熱耦合
參考案例-與 CAE 程序耦合-Abaqus 協同仿真：機械耦合
參考案例-設計探索-替代模型：工業排氣系統的可靠性
參考案例-設計探索-伴隨形狀優化：S-彎曲的表面靈敏度
參考案例-設計探索-伴隨形狀優化：Y 接點流形的表面網格變形
2. 熱管理 (Thermal Management)
這是汽車研發中極其關鍵的一環，STAR-CCM+在此領域功能非常強大。
· 發動機艙冷卻 (Underhood Cooling)：模擬散熱器、中冷器、風扇、導風罩等組成的復雜系統內的流動與傳熱，確保發動機、渦輪增壓器、變速箱等關鍵部件在極端工況下不會過熱。
參考案例-熱傳遞和輻射-共軛熱傳遞：加熱翼片導入
參考案例-熱傳遞和輻射-雙流體熱交換器：汽車散熱器
參考案例-熱傳遞和輻射-多零部件固體：顯卡冷卻
參考案例-熱傳遞和輻射-Photon Monte Carlo 輻射：前照燈
· 乘員艙舒適性 (Passenger Cabin Comfort)：模擬空調系統（HVAC）的出風、氣流組織、溫度分布，避免直吹乘客產生不適，并快速實現艙內均勻的溫度調節。這就是常說的“駕艙舒適性分析”。
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