SOLIDWORKS价格，流动模拟的热分析能力 - 第3部分

文章来源：SOLIDWORKS代理商-卓盛信息

对于热传导分析，请选择Simulation Professional中的热量求解器上的SOLIDWORKS Flow Simulation，网格划分的第3部分

除极少数情况外，在考虑正版SOLIDWORKS的热分析求解器时，您应该选择使用Flow Simulation，它是一种计算流体动力学（CFD）代码。最典型的例外是：（1）在正在解决的问题中没有对流传热机制，因为物体可能处于真空状态，只能通过传导和辐射传输热量; 或者（2）当估算值足够时，热解决方案可能不需要很大的精度来反映物理测试，这可能是在早期设计阶段。流动模拟是更好的选择的主要原因将在一系列的三个部分中概述。

如上所述，有三种传热模式：传导，对流和辐射。我已经制作了一个长篇视频，详细解释了所有这些模式，请参见底部的链接，所以我只会在本系列中对它们进行总结。此外，在视频中浏览了Flow Simulation中优秀的网格划分方法，以防止视频再次出现，但这是该参数的一个非常重要的方面，因此将在第3部分中重点介绍。SOLIDWORKS价格

3.仿真专业网格划分器只有在没有几何干扰的情况下才能正常工作; 即使存在干扰，Flow Simulation网格器也能够很好地容忍复杂的几何形状

Simulation Professional中的网格物体与在Flow Simulation中进行网格划分的方式非常不同，因此，Simulation Professional网格物体无法处理常见的几何问题，例如当两个物体重叠或干扰时。设计人员在运行CAD时采用快捷方式是很常见的，因为它处于虚拟环境中，其中某些项目（如孔或其他功能）将在制造后期添加以使其正常工作。我们必须面对这样一个事实，即CAD用于制造的方式与CAE所需的方式不同。但是分析程序通常不能容忍CAD中的快捷方式导致不太理想的几何形状，购买正版SOLIDWORKS，例如，推动PCB的板组件的引脚。另外在光谱的另一边，设计师可以包括模型中的每个细节，从用于美学目的的小外部圆角到紧固件上的螺纹。图11显示了引脚的典型CAD几何形状的示例，该引脚干扰了放置它的PCB，并注意到该组件中存在超过100个类似干扰的计数。

图11：引脚与PCB的典型干扰。

Flow Simulation可以处理网格干扰问题，既可以设置材料优先级，也可以采用专有的方式处理计算单元。在向导中设置Flow Simulation项目时，包含固体中的热传导，必须选择默认的固体材料; 这可确保所有零件至少定义了固体材料。在“流动模拟”特征树中，可以为不是由默认实体材料制成或从CAD模型定义内定义的材料导入的所有组件指定实体材料。购买SOLIDWORKS特征树中新定义的材料具有比默认材料更高的优先级，但可以手动重新排序材料。在图12中，绝缘体材料手动移动到默认材料下方的第五位置，特定的4信号2功率（4s2p）PCB生成材料具有最低优先级。这意味着具有更高优先级的材料将用于两个物体重叠的地方，以便解决这个问题。

图12：Flow Simulation中的Material Priorities对话框; 绝缘材料手动向下移动到第五位置。

如果您已经阅读了本系列的第一篇文章，您将回想起一个调节器微芯片问题的示例，SOLIDWORKS代理商，其中简要提到了第3部分中介绍的不同网格方案.Simulation Professional使用有限元方法（FEM），其中网格元素需要在其节点之间定义连接，并且元素必须被约束在单个主体内，这似乎是标准要求。当应用于真实几何体时，这种单体要求确实成为一种限制，其中整体尺寸与厚度（或纵横比）非常大。在图13中，放大顶部的大型微芯片和底部的铜散热器之间的物体，显示其间有两层材料。最薄的部分厚度仅为25毫米，但最长边为21.2毫米，因此纵横比为848。

图13：放大镜（热键：G）放大测量热膏层的厚度为25毫米（0.025毫米）。

图14：使用Simulation Professional中的网格设置后完成的有限元网格。

在第2部分中，引入单元作为Flow Simulation使用的有限体积（FV）方法中的基本计算单元。该单元的基本前提是计算值存储在单元中心，而不是使用有限元方法中的节点，因此对于FV方法而言，连接是无关紧要的。因此，有限体积网格可以具有多个共享其相邻单元的面的单元，但是由于与解算器细节相关的其他原因，流动模拟将该差异限制为一个差异水平。FV网格可以在许多水平上向下切割以达到所需尺寸以根据需要捕获任何复杂几何形状或流场梯度，参见图15作为示例使用来自第二柱的具有反射器模型的灯。SOLIDWORKS代理商，显示的最终计算网格来自捕获几何的初始局部网格细化和单个自适应细化（在解决方案期间）以捕获上升的较低密度空气中的速度和温度梯度。蓝色的0级被称为基础“父”细胞，1级和更高级是“子”切割细胞。

图15：从基础“父级”0级的网格细化级别，向下切割一级以捕获上升气流，最后到级别3以捕获灯泡和反射器几何形状。

但所有这一切的基础是关于Flow Simulation专有的细胞技术（称为SmartCells®）最令人兴奋和有趣的一点是，它打破了一个细胞到单个体，固体或流体的范例。关于该技术的白皮书（见下面的链接）将它们描述为：

SmartCells是基于笛卡尔的网格，其尺寸通常比传统的CFD网格小10倍，同时提供相同水平的流场分辨率并获得高水平的模拟精度。

虽然网格比推荐用于更精确的结果更粗糙，但以下两个图像都说明了SmartCell技术对于难以处理的几何形状有用的程度。

图16中的调节器微芯片显示单个SmartCell能够跨越4种不同的固体，每种固体具有不同的材料特性。SOLIDWORKS代理商比较这种方法比之前图像14中的有限元网格更容易和更可靠。这是一个更简单的示例，但对于某些模型，为Simulation Professional创建网格可能不实际，用户不必花费更多的时间和精力来解决该流程创建的修复问题。我认为软件应该能够弯曲到用户想要使用软件的方式，而不是让用户屈服于程序中使用的方法创建的约定。

如果您是敏锐的观察者，您会注意到温度变化准确地反映了基于材料电导率的热阻差异。购买SOLIDWORKS，还要注意在网格中顶部图像中多个主体/材料的另一个实例，其中连接器从芯片突出; 即使是芯片干扰铜连接器的情况，前面讨论的材料优先级也会处理电阻的变化。

图16：调节器微芯片模型中的单个SmartCell跨越4个不同的固体，每个固体具有不同的材料; 温度图例值缩 小以更好地突出缩放功能。

在电阻方面，Flow Simulation还支持焦耳（或欧姆）加热，您可以将直流电压或电压电压施加到具有电阻的材料上，以确定其消耗的热功率。图17中的缠绕线圈显示了这种焦耳加热的一个例子，同时展示了单个SmartCell如何具有多个流体 - 固体边界交叉。

图17：SmartCells跨越多个固体边界，模拟由电流加热的缠绕线圈。

购买SOLIDWORS，我将以一个单独的图像结束本系列关于此主题的博客文章，其中包含我希望用文字表达的所有内容：完全保真的几何; 温度的不规则分布是使用所有传热模式的现实结果的象征; 并且网格既定位于重要的几何特征，又自适应地改进为解决方案。换句话说，我简单地推荐Flow Simulation，它说“它只是完成了工作”，而我不必担心它是否会起作用。

图18：在SOLIDWORKS Flow Simulation中完成的智能冰箱面板的共轭传热解决方案的温度表面图（使用最终自适应细化网格）。

链接到白皮书“Smart Cells启用快速和准确的CFD”，请单击此处。

你喜欢这个系列吗？请务必查看SOLIDWORKS技术博客，了解有关Flow Simulation热分析功能的更多信息！如果您错过了它，请回顾第1 部分 和第2部分。

一如以往，谢谢阅读，快乐阳光！——江苏SOLIDWORKS代理商（SOLIDWORKS2018）

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