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2、熱—固耦合分析熱固耦合的基本思路是先進(jìn)行熱傳導(dǎo)分析以獲取結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)，這個(gè)溫度場(chǎng)將作為結(jié)構(gòu)分析的載荷的一部分，耦合分析將按照嚴(yán)格的順序進(jìn)行，通常會(huì)先進(jìn)行熱分析，熱分析影響后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析，而結(jié)構(gòu)分析對(duì)熱分析則沒(méi)有影響。

</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/83a316d345a572189982e29642a3b428.png"></p><p>4 溫度場(chǎng)邊界條件與載荷條件的施加</p><p>采用熱固耦合仿真計(jì)算對(duì)其進(jìn)行分析。</p><p>在太陽(yáng)能板表面施加溫度場(chǎng)，如下圖所示。

本文將利用積鼎通用流體仿真軟件VirtualFlow對(duì)水平冷板的共軛換熱進(jìn)行模擬，主要涉及相變過(guò)程的流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)問(wèn)題，通過(guò)分析為高熱流電子設(shè)備散熱設(shè)備設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。仿真過(guò)程將用到VirtualFlow自主開(kāi)發(fā)的熱限制相變模型和流固耦合模型。

產(chǎn)品焊腳示意圖以及溫度場(chǎng)仿真結(jié)果利用LS-DYNA軟件對(duì)熱風(fēng)焊工裝及產(chǎn)品進(jìn)行建模，調(diào)用不可壓縮計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ICFD）流體仿真模塊，并耦合熱以及結(jié)構(gòu)模塊，實(shí)現(xiàn)流-固-熱多物理場(chǎng)耦合仿真，在模型中對(duì)熱空氣流體及其環(huán)境件進(jìn)行分析，獲得模型各處流體流動(dòng)狀態(tài)、塑料產(chǎn)品焊腳的熱分布等結(jié)果。

在流固耦合問(wèn)題中，需要將流體域中的基本方程以及結(jié)構(gòu)域的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行聯(lián)立求解。交界面處應(yīng)滿足流體與固體的位移、熱流量、溫度、應(yīng)力等相等。無(wú)人機(jī)葉片雙向流固耦合分析采用多面體網(wǎng)格對(duì)流體域劃分網(wǎng)格，四面體網(wǎng)格對(duì)固體域劃分網(wǎng)格，流體域的求解采用有限體積法，固體域的求解采用有限元法。

這次小編為大家分享一個(gè)案例，用簡(jiǎn)單的模型來(lái)展示熱分析以及熱固耦合分析的流程。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)三通管道的三維模型處理2、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析步的建立3、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析的載荷施加4、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合載荷的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.

； 對(duì)于運(yùn)動(dòng)機(jī)械而言，考慮到瞬態(tài)流場(chǎng)可能引起的熱應(yīng)力、噪聲、振動(dòng)仿真分析，需要加載隨時(shí)間變化的壓力和溫度（或熱流密度）分布，進(jìn)行非定常的流固耦合分析，是許多客戶(hù)關(guān)注的問(wèn)題。

模型簡(jiǎn)介：考慮熱流固-損傷耦合效應(yīng)，本案例建立了水力裂縫擴(kuò)展模型，假設(shè)材料楊氏模量和抗拉強(qiáng)度滿足weibull分布，邊界施加應(yīng)力條件，可運(yùn)用于如下場(chǎng)景：1、干熱巖儲(chǔ)層壓裂，流體介質(zhì)可選擇水和二氧化碳，實(shí)現(xiàn)壓裂過(guò)程裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展模擬；2、干熱巖儲(chǔ)層采熱開(kāi)發(fā)，分析熱流固-損傷耦合效應(yīng)對(duì)采熱的影響；3、深部頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂，實(shí)現(xiàn)水和二氧化碳?jí)毫蚜芽p擴(kuò)展模擬；4、其他熱流固耦合問(wèn)題。

一般情況下，F(xiàn)SI模擬在運(yùn)動(dòng)學(xué)和力方面保持一致，稱(chēng)為雙向耦合，在STAR-CCM+中，雙向耦合FSI問(wèn)題是指從流體到固體和從固體到流體的交換的綜合采用并行求解方法。進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)氣熱彈耦合仿真的STAR-CCM+版本為STAR-CCM+ 2206.將航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)從冷態(tài)模型計(jì)算至熱態(tài)模型后發(fā)動(dòng)機(jī)伸長(zhǎng)約1mm。

方案總結(jié)本軟件可以對(duì)流體回路的部件及換熱器等進(jìn)行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計(jì)算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢(shì)，并與理論計(jì)算比較驗(yàn)證。以用戶(hù)提供的某型熱管物理參數(shù)為輸入，可以仿真計(jì)算該型熱管隨著功率變化的瞬態(tài)溫度變化趨勢(shì)，仿真獲得的結(jié)果與用戶(hù)提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，趨勢(shì)一致。相變和瞬態(tài)計(jì)算的精度和收斂性，一直以來(lái)都是流體仿真的難點(diǎn)。

圖1 幾何模型電纜結(jié)構(gòu)中考慮了以下結(jié)構(gòu)層及材料的定義： 基于COMSOL軟件中的電- 熱耦合相關(guān)模塊，數(shù)值仿真得到了電纜的電勢(shì)分布和溫度場(chǎng)分布，仿真結(jié)果如圖所示： 感興趣的朋友，歡迎交流合作！

1.基于某款實(shí)際電容產(chǎn)品簡(jiǎn)化的3D模型2.環(huán)境溫度85℃、帶TIM散熱膠及鋁合金散熱冷板3.考慮直流輸入電流及紋波電流，芯包損耗發(fā)熱的電-熱耦合工況4.電流、發(fā)熱量等數(shù)據(jù)為假設(shè)值，實(shí)際仿真以真實(shí)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)5.模型可以為真實(shí)的DC Link熱仿真工作提供極具價(jià)值的參考。

隨著計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于類(lèi)似的問(wèn)題已經(jīng)可以通過(guò)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的有限元軟件建立三維流固耦合仿真模型來(lái)進(jìn)行仿真研究。Kim J[2]使用商業(yè)軟件對(duì)壓縮機(jī)的閥片動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了2D流固耦合分析，得到二維的溫度和速度矢量分布及閥片的升程曲線，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比。Kim H[3]通過(guò)外部軟件導(dǎo)入Nastran格式的4節(jié)點(diǎn)和6節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格，對(duì)壓縮機(jī)排氣過(guò)程進(jìn)行了3D流固耦合仿真，并對(duì)排氣閥片進(jìn)行了仿真優(yōu)化。

?固體本身的變形量很小，可以認(rèn)為是剛體，但是整體產(chǎn)生比較大的位移，可以采用CFD耦合MBD多體動(dòng)力學(xué)分析，也屬于雙向耦合。以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數(shù)據(jù)在后臺(tái)傳遞，無(wú)需用戶(hù)編輯腳本。TFSI模型的計(jì)算代價(jià)最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車(chē)排氣管的熱應(yīng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)水套的熱應(yīng)力，車(chē)燈的熱應(yīng)力等等場(chǎng)景。

材料參數(shù)設(shè)置3 物理場(chǎng)邊界條件電場(chǎng)和熱場(chǎng)仿真需要設(shè)置相應(yīng)的邊界條件，其中電場(chǎng)需要設(shè)置高壓和接地邊界，熱場(chǎng)設(shè)置環(huán)境溫度和散熱邊界，電場(chǎng)和熱場(chǎng)之間的耦合關(guān)系為電磁熱。詳細(xì)物理場(chǎng)邊界條件及場(chǎng)路耦合模型設(shè)置如圖4所示。圖4.

在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型借助Simdroid的多物理場(chǎng)耦合功能，重慶大學(xué)的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯(lián)合仿真計(jì)算，在電力變壓器模型中實(shí)現(xiàn)對(duì)含有復(fù)雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網(wǎng)格自動(dòng)優(yōu)化和高效耦合迭代。

使用hypermesh聯(lián)合ls-dyna進(jìn)行金屬切削過(guò)程仿真。具體采用SPH-FEM耦合的方法，建立了切削過(guò)程的熱固耦合模型，得到應(yīng)力云圖和溫度云圖，有需求的可以下載k文件。

本案例驗(yàn)證了INTESIM多物理場(chǎng)仿真模塊中的電磁-熱耦合仿真功能，對(duì)渦流場(chǎng)分析和熱場(chǎng)分析及耦合仿真進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，能夠?yàn)閺V大用戶(hù)在電器領(lǐng)域中的電磁場(chǎng)、熱場(chǎng)耦合仿真應(yīng)用提供可行方案。 文章來(lái)源: 英特仿真INTESIM