comsol®产品套件

通过传热模块分析热效应

用于高级模拟的传热模型软件

通过传热,对流和辐射通过传热模块分析传热模块,该模块是一种附加产品comsol多物理学®平台。传热模块包括一组全面的功能,用于研究热负荷的热设计和影响。您可以在整个设备,组件和建筑物中建模温度场和热通量。为了检查系统或设计的现实行为,在一个模拟中轻松将多个物理效果与软件中包含的多物理建模功能相结合。

用于传热分析的专门功能

共轭传热和非等热流动

传热模块包含建模共轭传热和非等热流动效应的特征。这些功能可用于建模热交换器,电子冷却和节省能源,以举几个例子。

层流和湍流都得到了支持,并且可以用自然和强迫对流进行建模。可以说明压力工作和粘性耗散对温度分布的影响。湍流可以使用雷诺平均的Navier-Stokes(RANS)模型进行建模,例如K-ε,低Reynolds K-ε,代数Yplus或Lvel湍流模型。当与该模型合并时,可实现可实现的K-ε,K-ω,剪切应力传输(SST),V2-F和Spalart-Allmaras湍流模型CFD模块

根据流量模型,使用连续性,壁功能或自动墙处理自动处理流体固定界面的温度转变。当对非等热流动模拟启用重力力时,可以轻松考虑自然对流。

使用COMSOL多物理学和传热模块的非等热流量建模示例。 在流经壳管热交换器的不同温度下的两个分离流体的模型。

薄层和贝壳

为了在薄层中建模传热,传热模块提供了专门的层模型和分层材料技术,以易于定义复杂的构型,并研究比几何图层小得多的层中的传热。该功能可用于薄层,壳,薄膜和断裂。

对于各个层,在层对热传递的贡献主要位于其切向方向以及层侧面之间的温度差可以忽略不计的情况下,热薄层模型用于高导电材料。相反,热厚层模型可以代表导致在壳垂直方向上充当热电阻的材料。该模型计算两层侧之间的温度差。最后,通用模型提供了一个高度准确且通用的模型,因为它嵌入了完整的热方程式。分层材料特征支持与常规域模型相似的热载荷。特别是,可以在层或层界面上定义热源和水槽,并且可以在壳的两侧定义热通量和表面辐射。

使用分层材料技术时,有一些预处理工具用于详细的分层材料定义,从/到文件的分层结构配置的负载/保存以及图层预览功能。此外,包括工具以可视化薄层结构中的结果,就好像它们最初以3D固体建模一样。具体而言,支持表面图,切片图和通过厚度图。分层材料功能包括在AC/DC模块结构力学模块,可以包括多物理耦合,例如电磁加热或分层材料上的热膨胀。

地表到表面辐射

传热模块使用辐射度方法对漫射表面,混合弥漫性表面和半透明层上的地表到表面辐射进行建模。这些在2D和3D几何形状中可用,在建模扩散表面时,它们以2D轴对称几何形状可用。表面和环境特性可能取决于模型中温度,辐射波长,入射角或任何其他数量。还可以根据光谱频带定义透明度属性(并支持任意数量的光谱带)。

预定义的设置可用于太阳和环境辐射,其中短波长(太阳光谱带)的表面吸收性可能与较长波长(环境光谱带)的表面发射率有所不同。另外,可以根据地理位置和时间定义太阳辐射方向。

使用Hemicube,射线射击或直接集成区域方法计算视图因子。对于计算有效的模拟,可以定义对称的平面或扇区。当与移动框架结合使用时,地表到表面辐射界面会自动更新视图因子,因为几何配置变形。

相变

通过传热模块,对传热分析中的相变现象进行建模相变现象非常容易。这相变材料功能实现了明显的热容量配方,并说明了相变的焓以及材料特性的变化,包括建模音量变化和拓扑变化的能力。

或者,相变界面特征模型遵循Stefan能量平衡条件的相变模型,以计算两个阶段之间可能具有不同密度的界面的速度。结合变形的几何形状,这是一种非常有效的方法,可以在不发生拓扑变化时建模更改。

传导,对流和辐射分析

传热模块可用于详细研究三种类型的传热,从而扩展了核心comsol多物理学的分析®仿真平台。

传导

为了描述任何材料中发生的传导,您可以将热导率定义为各向同性或各向异性,并且可能是恒定或温度(或任何其他模型变量)的函数。

对流

解释传热模拟中流体的运动。您可以使用功能来建模压力工作;粘性耗散;以及强迫和自由(或自然)对流。

辐射

传热模块使您可以使用Rosseland近似,P1近似或离散的纵训式方法(DOM)使用辐射方法以及参与介质中的辐射模拟地表到地面辐射。P1近似和DOM也可用于吸收和散射介质,以模拟未发射介质中的光扩散。您还可以使用Beer-Lambert Law对辐射束进行辐射光束进行建模,并将其效果与其他形式的热传递相结合。

LED灯泡的温度和速度 由LED灯泡的热模拟产生。温度显示在PCB板和LED芯片以及灯泡内的空气中。灯泡外面的流线显示速度幅度,灯泡内部的箭头显示流动方向。

您可以使用传热模块建模

传热是重点的主要领域还是大型复杂分析的一部分,您很可能需要一次检查多种物理效果。具有comsol的多物理建模功能®软件,您能够在一个跨物理学的一致工作流程之后,在一个模拟环境中进行完整而彻底的分析。这种直观的建模和仿真方法可用于说明传热和应用程序中涉及的所有物理现象。

浏览以下应用程序,以查看您可以使用COMSOL多物理学分析和模拟的少量样本®和传热模块。

使用电磁和传热耦合在不同电磁状态下进行电磁加热。传热模块可用于分析焦耳加热,电感加热和微波加热效果的影响。

这些多物理模拟功能可用于设计和研究地下电缆,保险丝,电感器和各种其他应用。

您可以通过将传热模块与AC/DC模块,,,,RF模块,,,,射线光学模块, 或者波光学模块

在内联诱导加热器中建模EM加热的一个示例。 由电流通过线圈产生的磁场(圆形切片)在此内联感应加热器模型中导致四个管道的温度升高。

传热模块具有可靠的界面,用于在多孔介质中建模传热,这既是多孔基质的固体和开放孔相的传导和对流。您可以选择不同的平均模型来定义从固体和流体材料的各自特性自动计算的有效传热特性。您还可以访问由流体通过毛孔采取的曲折路径引起的多孔介质中的预定义特征。

将传热模块与CFD模块地下流量模块为了解决多孔媒体流(达西定律和布林克曼的扩展到达西定律),并将其与传热模型相结合。

为了建模局部热非平衡,您可以使用ltne界面。它通过耦合来实现流体和多孔矩阵温度场的单独方程式,以说明孔中流体固定界面处的热传递。

在多孔介质中建模传热的一个示例。 当水流过地热双线裂缝时,多孔介质中的传热模型。

热膨胀非常普遍,可能导致非常高的热应力。热应力可能是阳性的,例如收缩拟合和双金属温度传感器的应用,但也可能为负。例如,它可能对建筑物产生负面影响,从而导致需要扩展接头,以及受高温范围和环状热载荷的设备。

良好的热设计是通过根据情况最小化或最大化效果来优化热膨胀效果的关键。可以使用传热模块中的多物理耦合功能来考虑和研究此现象。

当与结构力学模块,传热模块增加了分析设备,组件或系统中热应力的功能;例如,考虑偶联的传热或在薄壳中的传热。

有用于接触导电系数的模型,这取决于接触压力。您还可以考虑由小间隙隔开的表面之间的地表到表面辐射的贡献。接触压力和间隙距离是从结构力学模型中获得的。

使用传热软件对热应力进行建模的示例。 温度分布的图诱导涡轮定子叶片中的热应力。

您可以通过将电流的物理界面和固体中的传热耦合,并轻松考虑Peltier-seeebeck-Thomson效果来建模热电效应。

从选择预定义的热电材料(例如苯脲赖酯和牙柳赖德铅)中设置模型的材料特性。与往常一样,您也可以自己定义材料属性或结合AC/DC模块带有用于电流的高级建模功能的传热模块。

使用COMSOL软件对热电效应进行建模的示例。 热电冷却器设备。温度分布在热电腿上绘制在带锥体的热电腿上,以指示整个设备中电流的流动。

对于涉及电子设备设计的工作,电子芯片或电力系统等组件,传热模块具有分析冷却能力的功能。在这些应用中模拟传导和对流,以确保最佳性能和操作。您还可以建模用于微电子或计算机的热管设计的冷却。

在分析电子冷却时,有效而准确的模拟对于避免故障和次优设计很重要。传热模块在计算冷却能力方面既有效又准确。在软件中包含散热器零件的情况下,您可以轻松地设置复杂的几何形状。

PSU中电子冷却的comsol模型示例。 计算机电源单元的热行为。该模型计算设备的强制对流冷却,该设备的围栏通过通过格栅进入并被风扇提取的空气流进行通风。

热交换器参与了各种应用领域,例如水处理,资源炼油厂,核电,食品和饮料生产,制冷等。

该应用程序库包含以下热交换器类型的教程模型:

  • 同心管热交换器
  • 双管热交换器
  • 壳管热交换器
  • 紧凑的热交换器
  • 鳍状热交换器

热交换器分析涉及流体和固体中传热的组合。流体在大距离内携带能量,而固体将流体分开,以便它们可以不混合而交换能量。您可以使用Comsol多物理学中的可用物理界面来考虑这种行为®软件甚至模型在这些设备内强制对流或相变。

用COMSOL多物理学和传热模块建模的横流热交换器。 横流热交换器显示流体流速(表面图)以及温度分布(等峰)作为流体交换能量。
使用COMSOL软件在热交换器中建模传热的示例。 作为流体交换能量的热交换器,显示流体流量速度(箭头)以及温度分布(等线和流线)。
用COMSOL多物理学和传热模块建模的双管热交换器。 随着流体交换能量,一个双管热交换器显示内管(箭头)中的速度场(箭头)(箭头)(表面)中的温度分布。
以Comsol多物理学和传热模块建模的鳍管热交换器。 鳍状热交换器显示流体流量(锥体)以及温度分布(表面)作为流体交换能量。

热管理对于建筑物的设计至关重要,因为建筑设计师需要考虑建筑物组件中的热量和水分变化。您可以使用传热模块来分析木制框架,窗框,多孔建筑材料和其他建筑组件中的热管理。此外,有一些工具可用于分析建筑物表面上的水冷凝和蒸发。

在传热模块中,有专门的特征用于分析热量和水分储存,潜热效应以及水分的扩散和对流运输。模拟对流和扩散,以及基于涡流的湍流混合,以进行空气中的热和水分传输。

用于分析建筑材料中热管理的传热模型。 温度分布(表面和等音表面)和整个建筑结构的热通量(箭头),将两个楼层与外部环境分开。

您可以通过传热建模来分析医疗应用中的过程,例如肿瘤消融,皮肤探针和组织坏死。传热模块中的特定功能可用于模拟人体组织中的热效应。

comsol®软件求解生物学方程,可以通过血液特性,血液灌注率和代谢热源来解释组织中的热效应。微波加热,电阻加热,辐射加热和通过化学反应加热的影响很容易包括在分析中。

在COMSOL多物理模拟软件中建模生物进行建模的示例。 分析用于皮肤癌诊断的圆锥电介质探针,分析了皮肤组织的辐射特征和温度变化。

水分传输和蒸发冷却涉及干燥和蒸发,包括诸如建筑物理和食品加工之类的应用领域。

为了研究这些效果,传热模块包括用于建模空气中的水分传输和潮湿的多孔介质以及非等热流动的设置。物理界面确定饱和压力,并可以在蒸发冷却过程中解释表面和多孔培养基上的蒸发,这对蒸发热对温度的影响进行了建模。

还可以使用专用模型来模拟建筑材料中的热量和水分。

用传热模块建模蒸发冷却的示例。 在室温下,在室温下暴露于干燥空气流的一杯热水以分析蒸发冷却过程。

通过模拟应用有效运行传热分析

考虑一下,如果您不必为团队中的其他人进行重复的仿真测试,就可以将时间和精力投入到新项目上。使用应用程序构建器,内置comsol多物理学®,您可以通过使您能够限制输入并控制模型的输出,以便您的同事可以运行自己的分析来构建模拟应用程序,从而进一步简化仿真工作流程。

使用应用程序,您可以轻松更改设计参数(例如热率,工作条件,材料或几何特性),并根据需要进行多次测试,而无需重建整个模拟。您可以使用应用程序更快地运行自己的测试,也可以向团队的其他成员分发应用程序以运行自己的测试,从而进一步释放您的其他项目的时间和资源。

该过程很简单:

  1. 将复杂的传热模型转换为简单的用户界面(应用程序)
  2. 通过为应用程序用户选择输入和输出来自定义您的需求应用程序
  3. 利用comsol Server™或者comsol Compiler™使其可供其他团队成员访问
  4. 使您的团队能够在没有进一步帮助的情况下进行自己的设计分析

您可以通过构建和使用仿真应用程序来扩展整个团队,组织,课堂或客户群的模拟功能。

用散热器演示应用程序的强制空气冷却,该应用程序由comsol多物理学中的应用程序构建器创建。 使用应用程序测试不同的散热器配置。更改基础几何形状,鳍几何形状,框尺寸和操作条件;检查温度和速度场;并通过数值结果监视消散的功率和压力损失。

每个业务和每个模拟都需要不同。

为了充分评估comsol多物理学是否®软件将满足您的要求,您需要与我们联系。通过与我们的一位销售代表交谈,您将获得个性化的建议和充分记录的示例,以帮助您充分利用评估,并指导您选择适合您需求的最佳许可选项。

只需单击“联系comsol”按钮,填写您的联系方式以及任何特定的评论或问题,然后提交即可。您将在一个工作日内收到销售代表的回应。

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