Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒

问题模型描述

 Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图1

基于AMESIM Demo:Linear conduction in an aluminum bar 进行学习:一个铝棒,铝棒周围绝热,沿铝棒方向上可以导热。如果加热其中一边,另一头温度如何变化?

建模

 所用组件

 Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图2

THSD00 - thermal solid properties (generic)

该模块用于定义模型中所用到的固体材料特性。

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图3

THTS1 - constant temperature source

该模块用于设置一个恒定温度的热源。

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图4

THC000 - thermal capacity

该模块代表导热固体,可以通过它设置导热固体的特征。

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图5

THCD00 - generic conduction

该模型用于连接不同的温度源(可以是恒定热源也可以是热固体)。通过温度input/output进行连接。

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图6

THSPR - calculation of solid properties

该模块可以用于计算材料的特性变化。可以起类似于传感器的作用。

 Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图7

THHF1 - zero heat flow source

热塞子,连在哪哪绝热。

 模型建立

 Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图8

回到问题模型,由于铝棒中间部分为向四周绝热,但是可以沿铝棒方向进行热传导,所以可以将铝棒分为两个部分,左边和右边,也可以分为铝棒和右表面。

设置参数

 来到参数设置步骤,依据问题描述进行设置即可:

材料定义:

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图9

两个部分定义思路:

铝棒+右表面:只观测右表面,整个左侧都被当成一个整体(用一个最小质量的thermal mass代替右表面)

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图10

铝棒左侧+铝棒右侧:将铝棒一分为两个等体积的部分,右侧面温度约等于右侧温度

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图11

依据问题,设置模型为使用材料类型、长度和接触面积设置导热参数,依问题设置中间铝棒的导热长度以及导热面积:

铝棒+右表面:铝棒质心离右表面距离为10mm

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图12

铝棒左侧+铝棒右侧:铝棒左右侧质心距离为10mm

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图13

设置材料计算器中所计算材料的index设置为与前面定义的一致:

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图14

热源定义,如问题描述设置为恒定40℃:

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图15

假设热源离铝棒有1mm距离,依据问题设置传导面积为1000mm2:

铝棒+右表面:铝棒质心离左表面距离为10mm

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图16

铝棒左侧+铝棒右侧:铝棒左侧质心离左表面距离为5mm

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图17

仿真分析

 仿真20s

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图18

结果

铝棒+右表面:

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图19

铝棒左侧+铝棒右侧

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图20

从仿真结果对比可以发现,铝棒+右表面的模型中,由于右表面的热容太小,导致右表面和铝棒虽然有较长的传热距离,但是温度几乎与铝棒温度完全一致,相对的,铝棒左侧+铝棒右侧的模型中,右半段的温度上升曲线则更加贴近实际。另外由于铝棒太短,传热速度很快,使得两种模型的结果看起来区别不大。

将问题做一个三维模型进行仿真,发现结果与上面的仿真结果相近:

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图21

三维模型中可以看到,温度呈梯度分布,符合我们的常识,但是Amesim模型中却没有反映出来。从上面的建模看,主要是我们对模型的分段不够多,假如将模型分为10段,每段之间距离2mm,再仿真看看,可以发现也能够较好地体现出铝棒各段温度变化了:

Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图22

 Amesim仿真实例教程——热传导基础案例:导热铝棒的图23

 

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