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固體熱傳和流體熱傳的通用模擬軟體

熱的產生、消耗和傳遞

熱傳模塊可以幫助您研究加熱和冷卻對設備、組件或過程的影響。模組為您提供了多種模擬工具來研究熱傳機制,包括傳導、對流和輻射,熱傳分析常常與其他物理場耦合,例如結構力學、流體力學、電磁學和化學反應等。因此,在所有重點研究熱量或能量的產生、消耗或傳遞,或者這些能量的變化將給研究過程帶來顯著影響的行業和應用中,都可以利用熱傳模組這一平台開展工作。

材料和熱力學數據

熱傳模塊附帶了一個內部材料數據庫,包含許多常見液體和氣體的材料屬性數據,其中包括精確分析所需的熱力學數據,例如熱導率、熱容量和密度。材料庫是材料屬性的一個重要來源,具有超過2,500種固體材料的數據或代數關係,其中的許多屬性(例如楊氏模量和電導率)是溫度的函數。傳熱模塊還支持從Excel®MATLAB®導入熱力學及其他材料數據,並且可以通過CAPE-OPEN標準介面連接外部熱力學數據庫。

 

 


  • 共轭传热:计算机电源箱体中的风扇和穿孔格栅产生气流,进行内部散热。
  • 热接触:电流在接触开关中产生焦耳热。接触点处的热阻和电阻与接触面的机械接触压力进行了耦合。
  • 感应加热:通过感应加热在加工半导体的热壁炉内产生高温。考虑了基体板和炉壁之间的表面对表面辐射,以及传导和对流。
  • 辐射:由于温差产生的密度变化而引起氩气自然对流。温差是在热辐射与传热(热传导和热对流)的共同作用下产生的。
  • 相态变化:冰杆的一端温度为冰点,另一端为 80 oC。该图给出了一段时间内的温度曲线,考虑了?热以及固体和材料属性之间的差异,例如热导率和热容。

統一的建模流程

熱傳模塊是加工過程和產品設計中熱效應的專用模擬工具。對於行業應用中的熱傳和所有其他物理現象,COMSOL 均採用統一的方法來設置模型和操作模擬。因而,您能夠通過一個標準工具與其他工程師或工程部門進行溝通研究不同的現象。無論您或您的同事們研究的是哪種特定應用的物理場,建模流程都是統一而簡潔的,步驟如下:
·         導入或繪製設備或系統的幾何結構

·         定義常量或隨溫度變化的材料屬性與表達式

·         從一系列特定應用模式中選擇最合適的熱傳模型介面(這些介面可能與系統的其他物理場相耦合)

·         添加與熱傳相耦合的任何其他物理場

·         定義系統邊界條件和約束

·         網格剖分,不同模擬模型之間使用相同網格或其不同網格

·         使用適當的求解器和設置運行求解

·         結果處理與可視化,並且可以將不同模型的結果呈現在同一圖片上
加工過程和產品設計的熱效應模擬平台
無論您研究哪種物理現象, COMSOL Multiphysics 平台和豐富的專業模塊為您提供了用於所有過程和設計的統一模擬工具。首先,您可以建立系統設備的焦耳熱模型,之後建立模擬通過空氣的系統散熱模型,接下來建立設備的熱應力模型。或一次性對所有現象進行模擬。

熱傳通常是一種與其他物理過程一起考慮的重要現象。溫度場會導致熱應力,而電磁場會產生電阻、感應、微波等現象。流體流動對於不同組件上的散熱非常重要,而熱處理(例如鑄造或焊接)時的溫度變化會對材料屬性及其物理行為會產生非常大的影響。熱傳模組包含多種用戶介面,可簡便地模擬任意的耦合傳熱現象,並可以耦合到COMSOL ®產品庫中的任何其他模塊。

機理
傳熱模組最重要的功能在於它能夠實現與熱量守恆或能量平衡相關的計算,同時可以考慮機械損耗、潛熱、焦耳熱或反應熱等一系列現象。傳熱模組提供了現成可用的介面(稱為物理場介面),可被配置用於通過圖形用戶界面(GUI)接收模型輸入,並將其用於設定能量平衡方程。與COMSOL 軟體產品庫內的所有物理場介面一樣,您可以通過修改底層方程來靈活地修改傳輸機理、定義特定熱源或耦合其他物理場等。

 

熱傳導

熱傳模塊可以幫助您研究加熱和冷卻對設備、組件或過程的影響。軟體為您提供了多種模擬工具來研究熱傳機制,包括傳導、對流和輻射,傳熱分析常常與其他物理場耦合,例如結構力學、流體力學、電磁學和化學反應等。因此,在所有重點研究熱量或能量的產生、消耗或傳遞,或這些能量的變化將給研究過程帶來顯著影響的行業和應用中,都可以利用熱傳模組這一平台開展工作。
輻射
熱傳模組支持許多現象的輻射模擬,包含了專用的求解器來模擬輻射現象,耦合熱對流和熱傳導。熱傳模組提供了用於模擬透明、不透明和參與介質中的表面對環境輻射、環境對錶面輻射和表面對表面輻射的工具。
熱傳模組使用輻射度方法來模擬表面對表面輻射,考慮隨波長變化的表面屬性,在此您可以在同一模型中同時最多考慮五個光譜波段。適用於模擬太陽輻射,其中短波長(太陽光譜波段)的表面吸收率可能不同於較長波長(環境光譜波段)的表面發射率。此外,還可為每個光譜波段定義透明度屬性。傳熱模塊還可以模擬參與介質中的輻射傳熱,這將考慮這種介質中熱輻射的吸收、發射和散射。

熱對流
系統中存在流動過程時,總是會通過壓力功和粘性效應在熱傳過程和能量作用中引入對流熱傳。熱傳模組可以方便地模擬這些過程,並可同時考慮強制對流和自由(自然)對流。它包含一個用於共軛熱傳的特定物理介面,可在同一系統中對固體和流體材料進行模擬。為了考慮流體流動,熱傳模組內置了層流模型物理介面,以及高雷諾數和低雷諾數k-ε紊流模型物理介面。對於任意流體類型,由於溫差而產生的自然浮力效應可以通過非等溫流模型來描述。將熱傳模型與CFD模塊組合可以進一步模擬流體流動,包括多種紊流模型、多孔介質流和兩相流。

此外,熱傳模組還提供了一些用於簡化流體模型的功能,當模擬流體動力學全模型並不能提供更多的精度,或其計算量特別巨大時,可以使用這些功能進行簡化。這些功能通過一個內置的熱傳係數庫提供,用於模擬在系統周圍和模型邊界之間的強制或自然對流熱傳。該模塊還包含不同的幾何相互關係,例如煙道或平板(垂直、傾斜或水平),以及不同的外部流體(空氣、水和油)。

 

 

 

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