一般来说,热传递描述了由于温度差异以及随后的温度分布和变化而产生的热流(热能)。
对输运现象的研究涉及以传导、对流和辐射的形式交换动量、能量和质量。这些过程可以通过数学公式来描述。
这些公式的基本原理可以在动量、能量和质量守恒定律以及本构定律中找到,这些关系不仅描述了守恒,而且描述了这些现象中涉及的量的通量。为此,微分方程被用来以最佳方式描述上述定律和本构关系。解这些方程是研究系统和预测其行为的有效方法。
图1:使用SimScale的散热器冷却
传热分析——线性静态分析
种类 | 结构分析(线性静态) | 传热分析(稳态) |
---|---|---|
材料属性 | 杨氏模量 | 热导率(k) |
法律 | 胡克定律 | 傅里叶定律 |
自由度 | 位移(u) | 温度(吨) |
自由度梯度 | 瑕疵强调 | 温度梯度 |
类似 | 单位长度轴向力:横截面积:杨氏模量:弹性模量 | 单位长度内部生热:横截面积:导热系数:k |
表3:传热分析与结构分析的比较
热分析的应用
图2:印刷电路板-模拟SimScale
热结构分析
热传递考虑了所研究系统的能量平衡。在研究热机械部件时,也可以包括由热负荷对固体的影响引起的结构变形。模拟对热负荷和故障的应力响应对于许多工业应用是至关重要的。一个应用的例子是印制电路板。
共轭传热
共轭传热(CHT)模拟分析了流体和固体的耦合传热。在分析流体/固体边界内发生的热传递的同时预测流体流动是CHT模拟的一个重要特征。可以使用它的领域之一是电子冷却。
传导
理论上,热量从热物体传递到冷物体。传导是从热物体到冷物体的热传递,它们彼此直接接触。不同物体的导热性决定了时间传递多少热量。例子包括CFL灯泡。
对流
对流传热是两个区域之间没有物理接触的热传递。当分子吸收热量并开始移动时,对流就会发生。可以想象,这些影响很难预测,这就是为什么需要高计算能力才能从模拟中获得可靠的结果。一个应用是覆盆子皮母板的冷却。
辐射
电磁波是辐射传热的来源。它们通常在高温下发挥作用。通过辐射散发的热量取决于材料的表面类型。一般规则是表面越多,辐射越高。使用辐射模拟的一个示例应用是模拟激光束焊接。
热分析和模拟秤
许多材料和产品具有依赖于温度的特性,这使得分析热的影响并确保热量管理对产品开发至关重要的结构和流体。SimScale在线模拟平台的热传递模块(Heat Transfer Module)允许您预测气流、温度分布和热传递。这包括对流、传导和辐射,以确保设计的性能、耐用性和能效。
动画1:用SimScale进行牙齿激光模拟