FEMAP: Advanced Thermal Solver (Расширенный тепловой анализ)

Преимущества

  • ‍Позволяет исследовать множество альтернативных вариантов при работе со сложными сборками
  • ‍Упрощает процесс создания сборок, позволяя моделировать тепловой поток между несвязанными деталями и компонентами
  • ‍Позволяет моделировать сложные и полностью связанные процессы теплообмена между твердыми телами и жидкостями, в том числе с учетом лучистого теплообмена
  • ‍Поддерживает перенос результатов расчета на конечно-элементную модель для определения термо-упругого состояния в Nastran®

Краткий обзор

Модуль Femap™ Advanced Thermal Solver добавляет к функциональности пакета Femap Thermal Solver расширенный набор инструментов для более сложных тепловых и теплообменных расчетов, основанных на численных методах. Эти инструменты позволяют получать достоверные результаты и решать дополнительные задачи теплового моделирования в самых разных отраслях промышленности.

Объединив модули Femap Advanced Thermal Solver и Femap Flow Solver (решение Femap CFD), можно выполнять анализ полностью связанных процессов теплообмена между твердыми телами и жидкостями.

Конечно-объемный решатель Femap Advanced Thermal Solver, использующий конечно-элементную сеточную модель, позволяет точно и эффективно моделировать теплообменные процессы. В этом решении гибкость конечно-элементного анализа сочетается с точностью и эффективностью конечно-разностной схемы. Технология Femap Thermal Solver повышает эффективность моделирования сборок и деталей Femap в сложных температурных средах. 

Элементы моделирования и решателя:

Функции решателя

  • ‍Установившиеся режимы (линейные и нелинейные)
  • ‍Переходные процессы (линейные и нелинейные)
  • ‍Нелинейные тепловые свойства материала
  • ‍Осесимметричное моделирование
  • ‍Циклический тепловой анализ
  • ‍Высокоскоростные эффекты вращения
  • ‍Итеративная технология решателя сопряженных градиентов
  • ‍Моделирование полностью связанных процессов лучистого, конвективного и кондуктивного теплообмена
  • ‍Электрический нагрев
  • ‍Трассировка лучей, включая затухание и рассеивание тепла под влиянием среды
  • ‍Расчет скрытой теплоты фазовых переходов материала и тепловой абляции

Возможности

  • ‍Метод тепловой связи для соединения несвязанных твердотельных и поверхностных сеток в сборке
  • ‍Процессы теплообмена между твердыми телами и жидкостями (в паре с Femap Flow Solver)
  • ‍Быстрый и точный конечно-объемный тепловой решатель, использующий конечно-элементную сеточную модель
  • ‍Наиболее полный набор инструментов для сложных расчетов теплового излучения
  • ‍Электрический нагрев
  • ‍Дневной и солнечный нагрев и нагрев среды
  • ‍Фазовые переходы материала, включая расчеты скрытой теплоты и тепловой абляции
  • ‍Моделирование интерфейса между связанными деталями: постоянный, изменяющийся во времени или зависящий от температуры коэффициент теплопередачи, термического сопротивления или теплопроводности
  • ‍Корреляции конвективного обмена между гранями: параллельные плиты, концентрические сферы или цилиндры
  • ‍Гидравлические сети 1D с учетом процессов между твердыми телами и жидкостями

Расширенные функции тепловых связей

  • ‍Тепловое соединение несвязанных ребер и граней, а также ребер и граней отличающихся сеток
  • ‍Моделирование контактов «поверхность — поверхность», «ребро — ребро» и/или «ребро — поверхность» между частями: постоянные, изменяющиеся во времени или зависящие от температуры коэффициент теплопередачи, термического сопротивления или теплопроводности
  • ‍Обмен излучением между несвязанными гранями деталей и гранями одной детали

Примененные тепловые нагрузки

  • ‍Постоянные и изменяющиеся во времени тепловые нагрузки
  • ‍Постоянный и изменяющийся во времени тепловой поток
  • ‍Постоянное и изменяющееся во времени тепловыделение
  • ‍Все применяемые нагрузки имеют инструменты теплового контроля (PID контроллеры)

Граничные условия температуры

  • ‍Постоянная температура для установившихся режимов или переходных процессов
  • ‍Меняющееся время для переходного процесса и нелинейного установившегося режима
  • ‍Регулировка температуры термостата

Кондуктивный теплообмен

  • ‍Возможность работы с крупными моделями кондуктивного теплообмена (схема данных с оптимальным использованием памяти)
  • ‍Зависящая от температуры теплопроводность
  • ‍Зависящая от температуры удельная теплоемкость
  • ‍Ортотропная теплопроводность
  • ‍Теплота формирования при заданной температуре фазовых переходов

Конвективная теплопередача

  • ‍Постоянные, изменяющиеся во времени или зависящие от температуры коэффициенты теплопередачи
  • ‍Параметры и нелинейные функции градиента температуры
  • ‍Естественная конвекция
  • ‍Основанная на корреляции естественная конвекция в окружающую среду для наклонных плит, цилиндров и сфер
  • ‍Принудительная конвекция
  • ‍Основанная на корреляции конвекция для плит, сфер и цилиндров в принудительном потоке жидкости

Лучистый теплообмен

  • ‍Постоянная и зависящая от температуры степень черноты
  • ‍Несколько преград излучения
  • ‍Вычисление угловых коэффициентов с учетом рассеяния и наличия теневых зон
  • ‍Вычисления угловых коэффициентов
  • Адаптивная схема для оптимизации суммы угловых коэффициентов
  • ‍Базирующийся на методе Hemicube алгоритм вычисления угловых коэффициентов позволяет задействовать для расчета видеокарту
  • ‍Создание путей лучей для адаптации крупных моделей излучения, основанных на элементах
  • ‍Возможности создания подмоделей
  • ‍Элементы управления и параметры матрицы
  • ‍Расширенные оптические свойства (зависимая длина волны и пр.)
  • ‍Метод Монте-Карло для расширенной трассировки лучей и рассеивания под влиянием среды

Начальные условия

  • ‍Начальные температуры для переходного процесса и установившегося режима
  • ‍Начальные температуры для результатов предыдущего решения, из файла

Атрибуты решателя и решения

  • ‍Улучшенное адаптивное задание шага по времени
  • ‍Условия перезапуска, циклические критерии сходимости
  • ‍Прямой доступ к параметрам решателя
  • ‍Критерии сходимости решателя и релаксационные коэффициенты
  • ‍Монитор решателя со сходимостью и атрибутами решения
  • ‍Отображение промежуточных результатов и восстановление напрямую с монитора решателя

Другие возможности

  • ‍Создатель отчетов по результатам
  • ‍Отчет по результатам в формате таблицы Excel
  • ‍Вычисление теплового потока между группами
  • ‍Соотношение теплоты
  • ‍Полная или частичная деактивация выбранных элементов (для вычисления угловых коэффициентов излучения)
  • ‍Пользовательские подпрограммы
  • ‍Начальные условия из отличающихся сеток
  • ‍Отчеты о термостате и активном регуляторе температуры
  • ‍Расширенные параметры времени завершения переходного процесса
  • ‍Обновленные гидравлические сети
  • ‍Улучшенная схема адвекции потока в канале
  • ‍Соединения «канал-3D-CFD»
  • ‍Выполнение до восьми процессов на одном вычислительном благодаря параллельному использованию распределенной памяти
  • ‍Расширенный визуализатор орбиты
  • ‍Широкий набор точек визуализации

Результаты моделирования

Список результатов был обновлен. Теперь доступны следующие результаты:

Тепловой анализ

  • ‍Температуры
  • ‍Мин/макс температуры и время вхождения
  • ‍Полная температура
  • ‍Кондуктивные тепловые потоки
  • ‍Конвективные тепловые потоки
  • ‍Градиенты температуры
  • ‍Поперечные градиенты температуры
  • ‍Полные нагрузки и потоки
  • ‍Остаток
  • ‍Коэффициенты свободной и принудительной конвекции
  • ‍Джоулевы данные
  • ‍Качество фазового перехода
  • ‍RC продукты

Излучение

  • ‍Суммы угловых коэффициентов
  • ‍Угловой коэффициент излучения среды
  • ‍Очевидные температуры
  • ‍Излучения
  • ‍Плотности потока
  • ‍Чистый поток излучения
  • ‍Потоки метода излучения
  • ‍Интенсивности потока падающего излучения

Источники радиационного и орбитального излучения

  • ‍Угловые коэффициенты Cолнца и планеты
  • ‍Поглощенные потоки
  • ‍Падающие потоки
  • ‍Перенесенные потоки
  • ‍Отраженные потоки

1D поток

  • ‍Температуры
  • ‍Скорости потока
  • Линейные скорости вихревого движения
  • ‍Давление
  • ‍Плотность
  • ‍Массовый расход потока
  • ‍Числа Рейнольдса

Возможности

Метод тепловой связи для соединения несвязанных твердотельных и поверхностных сеток

Тепловая связь — эффективный метод создания сборок путем моделирования теплового потока между несвязанными деталями, компонентами и даже отличающимися сетками. Можно изучить множество альтернативных сценариев и расположений деталей в сборке, один раз задав параметры тепловой связи между несвязанными деталями. Между элементами, расположенными на противоположных частях, автоматически создаются «пути» передачи тепла. Проводимость определяется на основе взаимного расположения. Учитываются взаимные перекрытия и несовпадения между несвязанными и отличающимися сетками, участвующими в теплообмене. Такой подход позволяет свободно перемещать компоненты сборки перед проведением расчета. Типы тепловой связи включают кондуктивную, лучистую, конвективную связь и связь интерфейса. Тепловые связи также можно определять как изменения различных параметров модели, например температуры и тепловой нагрузки.

Процессы теплообмена между твердыми телами и жидкостями и определение термо-упругого состояния

Чтобы решать сложные задачи вычислительной газогидродинамики, моделирование тепловых связей можно объединить с решением Femap Flow. Такая комбинация позволяет моделировать сложные и полностью связанные процессы теплообмена между твердыми телами и жидкостями, в том числе с учетом сложного лучистого теплообмена.

Когда лицензии Femap Flow Solver, Femap Thermal Solver и Femap Advanced Thermal Solver приобретаются вместе, к ним бесплатно прилагается решатель теплообмена между твердыми телами и жидкостями. Это позволяет полностью связывать моделирование излучения и проводимости с 3D потоком.

Встроенное решение для тепловых и теплообменных расчетов

Модуль Femap Advanced Thermal Solver интегрирован в портфель продуктов Femap и открывает доступ ко всем преимуществам расширенной расчетной среды Femap. Встроенное приложение Femap позволяет опытным инженерам и специалистам по тепловым расчетам избавиться от необходимости переносить файлы из системы в систему и преобразовывать геометрию, теряя ассоциативные связи между геометрией Femap и задачами конечноэлементного анализа.

Femap Advanced Thermal Solver содержит широкий набор инструментов для создания тепловых моделей и готовой к анализу геометрии. Пользователь может автоматически (или вручную) удалять из геометрии все ненужные элементы. Можно также улучшать сетку в критически важных местах и выборочно управлять плотностью сетки, уменьшая или оптимизируя размер модели для получения быстрого и точного решения.

Femap Advanced Thermal Solver дает возможность моделировать и каталогизировать детали и открывать другим пользователям доступ к деталям и библиотекам материалов. Таким образом сводится к минимуму вероятность доработки и появления ошибок, исправление которых повлечет за собой существенные затраты.

Комбинация модулей Femap Flow Solver и Femap Advanced Thermal Solver представляет собой связанное мультифизическое решение для работы с процессами теплообмена между твердыми телами и жидкостями.

Рекомендуем прочитать