Инженерный анализ методом конечных элементов. Анализ тепловых режимов

или нескольких элементов при равновесии (в стационарном состоянии).

При проектировании электрики и электроники можно:
Рассчитать электрический нагрев разных компонентов.
Смоделировать радиаторы охлаждения.
Определить необходимые расстояния между критическими деталями.
Определить области рециркуляции воздуха и места перегрева.
Прогнозировать температуру, при которой компонент или печатная плата могут перегреваться и выходить из строя.

Анализ тепловых режимов

Дополнительные сценарии использования теплового анализа:
Естественная или принудительная конвекция от передней и задней поверхностей.
Проводимость от краев печатной платы до стенок корпуса.
Проводимость через жесткие или гибкие контакты с другими печатными платами.
Проводимость между печатной платой и монтажной рамой.
Проводимость радиатора охлаждения.

тепла.
К поверхностям печатной платы применена нагрузка свободной конвекции.
Результатом является график распределения температуры на печатной плате с указанными положениями минимального и максимального значений.

Анализ тепловых режимов

Нагрузка тепловыделения применяется к источнику тепла (A).
Нагрузка теплового потока применяется к поверхностям, которые отражают тепло от источника тепла (B).
Для рассеяния тепла от модели применяется нагрузка свободной конвекции для всего радиатора (C) с помощью выбора всего элемента.
В результате будет показан график распределения температуры.

тела, когда оно достигает теплового равновесия.
Стационарный теплообмен + Линейная статика
Стационарный теплообмен + Линейная устойчивость
Анализ напряжений, деформаций и перемещений, возникающие при нагреве.

Есть два типа анализа стационарного теплообмена:
Линейный – когда не учитываются излучение или температурозависимые свойства и граничные условия.
Нелинейный – когда учитываются излучение или температурозависимые свойства и граничные условия.

задать непрерывную фиксированную температуру для выбранных элементов. Предполагается, что модель находится в тепловом равновесии.
Обмен тепловой энергией
Команды Конвекция и Излучение.
Тепловая мощность, тепловыделение или теплообмен
Команды Тепловой поток (для граней и поверхностей) и Тепловыделение (для тел в сборке).

Пример: Команда Тепловой поток или Тепловыделение позволяют рассчитать тепловую энергию, которая передается, например, через изоляционную/теплорассеивающую стенку конструкции. Чтобы уменьшить/увеличить теплообмен, можно определить оптимальную толщину стенки и выбрать лучший изоляционный/проводящий материал.

При использовании нагрузки теплового потока или тепловыделения необходимо определить механизм рассеяния тепла, например нагрузку конвекции или нагрузку температуры.

как стационарный теплообмен или связанный тепловой анализ, можно использовать следующие типы нагрузок:
Температурные нагрузки
Нагрузки теплового потока
Нагрузки тепловыделения
Нагрузки конвекции
Нагрузки излучения
Тепловые нагрузки, используемые как ограничения

Тепловые нагрузки для сборок

нагрузки.
Нужно применить нагрузку температуры к выбранным элементам или ко всему телу.
Время достижения теплового равновесия не является предметом анализа.

В моделях сборок можно также выбрать тела.
Значение температурной нагрузки не может быть распределенным: если выбрано несколько элементов, то заданная температура применяется к каждому выбранному элементу.

из группы Нагрузки на тело:
Чтобы задать начальную температуру для ускорения расчета в NX Nastran.
Как обязательную нагрузку для анализа с учетом излучения. Это обеспечивает, что для всех узлов и элементов будет назначена температура по умолчанию, даже если к ним не применена нагрузка.

через единицу площади (поверхность, кривую, ребро, узел или точку) и определяет нагрузку тепловой мощности, тепловыделения или теплообмена.

+ : тепло входит в элемент модели.
– : тепло выходит из элемента модели.

Распределение нагрузки:
Вкл.: значение нагрузки распределяется между элементами.
Выкл: задается удельное значение потока на единицу длины или площади.

Нагрузка Тепловой поток применяется к поверхностям тормозного диска ротора.

Для расчета рассеяния тепла применяется нагрузка Конвекция ко всем поверхностям диска ротора, кроме поверхностей с заданной нагрузкой Тепловой поток.

теплообмена для всего тела. Эта нагрузка задает скорость, с которой тепловая энергия передается через единицу объема (тело или компонент). Обычно это тепло должно проводиться до границ тела и удаляться путем конвекции или излучения.

Значение: Вт (общая нагрузка) либо Вт/м³ (распределенная).
+ : тепло входит в элемент модели.
– : тепло выходит из элемента модели.

Распределение нагрузки:
Вкл.: значение нагрузки распределяется между элементами.
Выкл: задается удельное значение потока на единицу объема.

Модель сборки содержит два рабочих тела: источник тепла (транзистор в центре) и радиатор охлаждения (тело с ребрами охлаждения).

Нагрузка тепловыделения применяется к источнику тепла (A).
Нагрузка теплового потока применяется к поверхностям, которые отражают тепло от источника тепла (B).
Для рассеяния тепла от модели применяется нагрузка свободной конвекции для всего радиатора (C) с помощью выбора конструктивного элемента.

перемещаются от одной поверхности к другой или в окружающей среде из-за разницы температур. Нагрузка свободной конвекции позволяет рассчитать теплообмен при естественной конвекции.

Значения:
Пленочный коэффициент – коэффициент конвективного теплообмена (Вт/м²К).
Нулевые и отрицательные значения не допускаются.
Температура окружающей среды
По умолчанию используется 20°C. Можно использовать нуль и отрицательные значения.

или телом. Теплообмен происходит, когда испускаемое излучение сталкивается с другой поверхностью или телом и поглощается, отражается или передается другому элементу.

В пространстве

В замкнутом объеме

Излучение

Излучение испускают тела с температурой выше 0° Кельвина.

Нагрузка излучения, которая определяет обмен излучением между гранью или поверхностью и бесконечным пространством (черным телом)

Нагрузка излучения, которая определяет обмен излучением между группой поверхностей

Нагрузки излучения распределяются равномерно по выбранной геометрии.

тепловую энергию относительно черного тела. Можно использовать значения от 0 до 1.
Тело с коэффициентом черноты 1 может поглощать или испускать 100% излучения.

Коэффициент поглощения

Задает способность поверхности поглощать тепловую энергию. Можно использовать значения от 0 до 1.

Коэффициент излучения

Задает долю энергии, покидающей поверхность и достигающей другой поверхности или пространства. Можно использовать значения от 0 до 1.

Это необходимо, даже если используется только одна пустота. Поверхности в каждой пустоте полностью независимы от других пустот. Они не отбрасывают тень и не экранируют иные поверхности, кроме как в их собственной пустоте.

Число пустот = 1

Число пустот = 2

Значения должны быть целыми числами. По умолчанию (минимум) используется 1.

может отбрасывать тень на другие поверхности. Это исключает получение тепловой энергии другими поверхностями (позволяет ускорить вычисление коэффициента излучения).

Для зеленого объекта установлен параметр Экранировать другие поверхности.

Экранироваться другими поверхностями

Когда установлен, задает, что поверхность может заслоняться другими поверхностями. Тепловая энергия не поглощается выбранной поверхностью (позволяет ускорить вычисление коэффициента излучения).

Для четырех внутренних стенок установлен параметр Экранироваться другими поверхностями.

чтобы лучше видеть внутреннюю область.
Нагрузка Температура тела задает температуру по умолчанию.
Нагрузка Тепловой поток задана для правой стенки печи, представляющей источник тепла.
Нагрузка Излучение в замкнутом объеме задана для внутренних стенок, представляющих нагретые стенки печи.
Вторая нагрузка Излучение в замкнутом объеме задана для объекта в середине печи, который представляет разогреваемый объект и испускает собственное тепло.

как тепловые ограничения для теплового анализа. Тепловые ограничения задают постоянную температуру для геометрии или узлов. Нагрузки Температура, Конвекция, Тепловой поток и Тепловыделение можно использовать как тепловые ограничения для передачи тепла через модель и для рассеяния тепла.

Пример: В стационарном анализе теплообмена, когда тепловая нагрузка применяется к одному элементу (ребру, точке, поверхности, компоненту), результаты показывают проводимость тепла в детали до достижения теплового равновесия.

Чтобы показать разницу температур в детали, можно применить вторую нагрузку Температура как тепловое ограничение, задав другое значение температуры для противоположного элемента.

определить механизм рассеяния тепла. Чтобы удовлетворить этому требованию, можно сделать следующее:
Применить температурную нагрузку на противоположных концах анализируемой геометрии для задания перепада температур.
Использовать нагрузку конвекции на одном конце для рассеяния тепла от тепловой нагрузки на другом конце.

тепловые контакты с помощью следующих команд. Теплообмен через проводник можно задать с помощью контакта типа Склейка:

Команда Автоматически
Команда Вручную

Стационарный тепловой анализ для модели сборки можно выполнить без определения контактов в сборке. В этом случае все нагрузки, кроме излучения, не передают тепло между телами. Результаты такого анализа будут отличаться от результатов анализа с учетом контактов.
Анализ излучения в замкнутом объеме для модели сборки не требует определения контактов в сборке.

материала в таблице материалов. К ним относятся теплопроводность, коэффициент теплового расширения и удельная теплоемкость.