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“熱傳模組”是COMSOL Multiphysics ®模擬平台的一個附加產品,用於分析傳導熱傳、對流熱傳和輻射熱傳,其中包含一組豐富的建模特徵,用於研究熱設計和熱載荷效應。用戶可以對整個組件、附件和建築物的溫度場和熱通量進行建模。為了檢測系統或設計的真實特性,您還可以使用軟體內置的多物理場建模功能,輕鬆地在同一個模擬環境中耦合多個物理效應。


熱傳模式

“熱傳模組”中的所有功能都基於三種熱傳模式:傳導、對流和輻射。任何材料中的傳導都可以具有各向同性或各向異性的導熱係數,既可以是常數,也可以是溫度的函數。對流,即熱傳模擬中流體的運動,可以是強制對流,也可以是自由(自然)對流。使用表面對表面輻射或半透明介質中的輻射可以分析熱輻射。

熱傳模式中有許多變化,我們必須同時考慮不同的模式;在某些情況下,還需要綜合考慮這三種模式。所有這些都需要同時處理不同的方程,以確保模型的準確性。開發“熱傳模組”是為了處理您想要模擬的任何類型的熱傳。


熱傳模組支持的建模對象

強大的多物理場建模方法,適用於您可能感興趣的許多熱源類型


焦耳熱

模擬固體、流體、殼和多層殼中的焦耳熱(也稱為電阻熱)。

感應加熱1

模擬管線感應加熱器和金屬加工應用。


微波加熱2

模擬波導、組織和其他生物應用中的微波或射頻加熱。

激光加熱3

使用比爾-朗伯定律模擬各種製造和生物醫學過程中的激光加熱和消融。


熱應力4

了解各種工作條件下熱膨脹和熱應力的影響。

熱接觸

包含與固體力學模型中的接觸壓力相關的接觸熱導係數。


熱電效應

分析珀爾帖-塞貝克-湯姆遜效應,並提供包含碲化鉍和碲化鉛等常見材料的材料庫。

薄殼

在設計電子設備和電力系統部件時分析熱性能。


多孔介質熱傳

分析多孔介質中的傳導和對流以及熱彌散。

局部熱非平衡

模擬多孔介質熱傳,其中不使用局部熱平衡假設,例如孔隙中的快速流動。




電子冷卻


通過使用高效準確的模擬來分析冷卻能力,以避免故障和次優設計。



換熱器

分析長距離攜帶能量的流體,其中固體將不同流體分離,避免混合,以實現能量交換。




醫學技術和生物加熱


使用生物熱方程分析醫療應用中的過程:腫瘤消融、皮膚探針和組織壞死。



蒸發冷卻

模擬空氣中的熱濕傳遞,以確定飽和壓力,分析蒸發並避免冷凝。


建築物熱管理

分析木框架、窗框、多孔建築材料和其他建築結構的熱性能。

冷凍乾燥

計算耦合的熱量和質量平衡,以模擬在多孔介質中演變的流-固界面。

1. 需要AC/DC 模組

2. 需要RF 模組

3. 需要波動光學模組

4. 需要結構力學模組或MEMS 模組


熱傳模組的特徵和功能

“熱傳模組”提供專門的功能來模擬熱傳效應,並在COMSOL Multiphysics ®平台中無縫工作,從而實現一致的建模工作流程


共軛熱傳和非等溫流動

“熱傳模組”包含對共軛熱傳和非等溫流動效應進行建模的專用特徵,支持層流和紊流,它們都能通過自然對流和強制對流進行建模。如需分析自然對流,只需選中重力 複選框。此外,也可以激活壓力功和黏性耗散來影響溫度分佈。

用戶可以使用k-ε、低雷諾數k-ε、代數y+ LVEL 紊流模型等雷諾平均納維-斯托克斯(RANS)模型進行紊流建模。通過將該模組與CFD 模組結合使用,您還可以使用Realizable k-εk-ω、剪切應力輸運(SST)、v2-f Spalart-Allmaras 紊流模型。軟體可以根據流動模型使用連續性、壁函數或自動壁處理等方式來自動處理流-固界面的溫度過渡。

表面對表面輻射

“熱傳模組”使用輻射度方法來模擬漫反射表面、混合漫反射-鏡面反射表面和半透明層上的表面對表面輻射。對漫反射表面進行建模時,可以在二維、三維和二維軸對稱幾何中執行這些操作。表面和環境屬性可能取決於模型中的溫度、輻射波長、入射角或任何其他物理量。此外,還可以為每個光譜帶定義透明屬性(並支持任意數量的光譜帶)。

本模組為太陽和環境輻射提供了預定義的設置,其中短波長(太陽光譜帶)的表面吸收率與較長波長(環境光譜帶)的表面輻射率可能有所不同。不僅如此,您還可以根據地理位置和時間來定義太陽輻射方向。

可以使用Hemicube 方法、射線發射法或直接積分面積法來計算角係數,也可以定義對稱平面或扇區來提高模擬計算效率。通過結合使用動坐標系,表面對表面輻射界面可以在幾何構型發生變形時自動更新角係數。


相變

“熱傳模組”提供兩種方法用來模擬熱傳分析中的相變現象。相變材料 特徵用於實現表觀熱容公式,並分析相變焓和材料屬性的變化。此方法支持對體和/或拓撲變化進行建模。

此外,相變界面 特徵根據Stefan 能量平衡條件對相變進行建模,以計算可能具有不同密度的兩相的界面速度。這種方法與變形幾何相結合,在不改變拓撲結構的情況下非常高效。

半透明介質中的輻射

通過“熱傳模組”,您可以使用許多工具來模擬半透明介質(參與介質、吸收和散射介質以及吸收介質中的輻射束)中的多種輻射類型。

對於參與介質中的輻射,可以使用Rosseland 近似、P1 近似或離散坐標法(DOM)。對於吸收和散射介質中的輻射,可以使用P1 近似和離散坐標法來模擬光在非散射介質中的擴散等問題。最後,您還可以使用比爾-朗伯定律為吸收介質中的輻射束建模,並將這一效應與其他形式的熱傳進行耦合。


水分輸送

熱濕傳遞需要廣泛的多物理場功能,將熱傳與水分流動、建築材料中的水分輸送、濕空氣和吸濕性多孔介質相耦合。為了研究這些影響,“熱傳模組”提供了許多設置來模擬空氣和含濕多孔介質中的水分輸送與非等溫流動的耦合。此外,模組中還提供多種工具用來分析表面上水的冷凝和蒸發,並提供附加特徵用於分析熱濕儲存、潛熱效應以及水分的擴散和傳遞。

薄層和殼

對於薄層中的熱傳,“熱傳模組”提供單獨的層模型和多層材料技術,用於研究幾何尺寸遠小於模型其餘部分的層中的熱傳。此功能可用於薄層、殼、薄膜和裂隙。

對於單個層,熱薄層模型用於高導熱材料,其熱傳方向與層相切,並且層兩側的溫差可以忽略不計。相反,熱厚層模型可以表示導熱性較差的材料,這些材料在殼的垂直方向起著熱阻作用;該模型計算層兩側之間的溫差。最後,通用模型中嵌入了完整的熱方程,從而提供一個高度精確且適用範圍廣的模型。

多層材料技術包含可定義詳細多層材料的預處理工具,支持從文件中加載多層結構構型/將多層結構構型保存到文件,並提供層預覽特徵。您可以將薄的多層結構中的結果可視化,就像它們最初被建模為三維實體一樣。多層材料功能在AC/DC 模組和結構力學模組中提供,從而能夠在多層材料中包含電磁熱或熱膨脹等多物理場耦合。


集總熱系統

相關特徵可用於計算熱網絡中的熱傳速率和溫度分佈。集總熱系統 介面支持熱阻、熱耗率和熱質量等集總特徵,使用溫度和熱耗率作為因變量來求解能量守恆方程。



軟體展示需求

每一間公司對於模擬的需求不盡相同,為了能有效地評估COMSOL MultiphysicsR軟體是否能符合您的需求,請您與我們聯繫!

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