带有加热的茶壶象征热传导机制的图标

热传导

  • 多层复合面网格
  • 体网格
  • 连接网格和热接触定义
  • 温度相关材料属性
  • 各向异性的热传导
  • 内发热
  • 相变

风叶,风机和扰流象征对流机制的图标

热对流

  • 简化的和高级的对流换热分析模型
  • 具有整体温度和湿度自由度的空气区
  • 自定义的质量和体积传递
  • 以通风对象建模空调系统
  • 可耦合其它流体力学软件
  • 可通过TISC软件耦合到各种流体网络求解器

用阳光收集器和太阳象征热辐射机制的图标

热辐射

  • 日晒辐射和其它各种光、热辐射源的模型
  • 波长和入射角相关的材料属性
  • 模型内表面间辐射
  • 考虑吸收、反射、透射和折射
  • 漫反射和镜面反射
  • 可生成地球上任何时间、地点的日晒和云量环境数据

传热分析软件

THESEUS‑FE核心的热解算器有着30多年的成功历史,这使得THESEUS‑FE成为数值热模拟领域最古老、最成熟的CAE软件之一。在我们软件产品组合的中心,THESEUS‑FE是热分析模拟的工具组合,适用于解决各种传热问题。这些工具包括:

  • 高效的数值求解器
  • 强大而直观的图形用户界面(GUI)
  • 内置Coupler耦合模块可以耦合其它外部软件快速、稳定地建立复杂的耦合仿真
  • 内置Transformer实用程序可将THESEUS‑FE的计算结果转换为各种其他格式,并可将来自其他来源的计算结果作为THESEUS‑FE中的边界条件

每当需要对零部件的热变化进行瞬态分析时,THESEUS‑FE始终是首选。THESEUS‑FE的应用范围包括但不限于:

  • 简单的情况,例如加热各个组件以进行虚拟耐热性研究
  • 高级情况,例如与人体热模型的热交换
  • 与外部流体力学软件全耦合的高度复杂的模拟

热分析功能概述

显示与THESEUS-FE中使用的有限元方法相关的一些公式的图像
THESEUS‑FE中与有限元方法相关的公式

核心数值热解算器

THESEUS‑FE提供基于有限元法(FEM)的稳态和瞬态求解器,以用于解决传热问题。可以应用不同类型的热边界条件,例如:

  • 表面对流换热
  • 表面和外部日晒之间的热辐射
  • 表面积的直接空间接触
  • 各种类型的热源和散热器
  • 组件温度与相邻空气的耦合

大多数边界条件都与时间或温度有关,为了获得完全的灵活性,用户可以从结果文件中导入元素值。该数值解算器本身允许:

  • 固定和自适应时间步进,以高效解决问题
  • 根据先前的结果重新启动模拟
  • 广泛的专家求解选项,以微调结果精度和收敛行为
汽车驾驶员热分析结果图像
汽车驾驶员的热分析结果

人体热模型FIALA-FE

FIALA-FE是一个基于热生理学领域最新研究成果的虚拟人体热模型,其用途是模拟人体表面和体内的温度分布。该仿生模拟可以将人体的血流、呼吸、蒸发、代谢反应、出汗、颤抖、心输出量和假人身体局部与其周边环境的热交换纳入考虑。人体热模型FIALA-FE完全集成在我们的解算器THESEUS‑FE中,它是一个提供人体局部和整体热舒适性指数的强大工具。FIALA-FE通常用于确定汽车空调系统的最佳设置,同时保持乘客的舒适度。对于电动车辆,进一步的目的是通过降低空调系统能量消耗来最大化车辆行驶里程。

THESEUS-FE GUI中打开的传热模拟模型图像
在THESEUS‑FE图形用户界面中打开的传热模拟模型

图形用户界面

THESEUS‑FE易于学习且结构清晰的图形用户界面(GUI)是减少建模时间的一个非常有价值的工具。为了进一步缩短建模时间,软件内嵌了包括常见材料热属性的庞大数据库,还提供了包含典型夏季和冬季服装设置的服装数据集。所有模拟结果都以公开记录的HDF格式写入单个输出文件,这非常适合存储数值结果。这些模拟结果可以在模拟期间和之后的任何时候在GUI中可视化。软件可用多种方式显示和解释模拟结果,从简单的二维视图到功能齐全的三维视图。THESEUS‑FE的结果可以导出或映射到多种格式,以供第三方CAE仿真软件和后处理工具使用。

模拟热传导

制动盘上的热结果图像
制动盘传热模拟结果

使用已建立的有限元方法在THESEUS‑FE内进行传导传热模拟。热传导解算器提供了对高度复杂的热传导情况进行建模所需的所有功能:

  • 具有一维和三维传导的多层复合面网格,代表厚度均匀的片状零件
  • 用于建模较大物体的体网格
  • 连接网格,例如条和DOF耦合约束
  • 与温度和时间相关的材料热属性
  • 相变是可能的
  • 面网格和体网格的内发热
  • 复合面网格中间的真空层和空气层
  • 各向异性热传导,例如用于表示纤维增强材料
  • 用于建模不同部件之间直接接触的多种技术,包括捆绑接触和导电接触

模拟对流换热

带司机的汽车乘员舱CFD和热结果的耦合模拟图像
乘员舱CFD结果与热力结果的耦合模拟

THESEUS‑FE内的多种方法可以对热对流进行建模。对于规定对流换热,可提供分析模型以及直接用户输入,以分别为每个元素应用传热系数、流体速度或温度值。被称为“通风”、“体积”和“空气区”的特殊实体可用于建模通风系统和气流区域,例如车厢。对于建模对流换热,以下功能可供使用:

  • 具有温度相关性的一般气体区域
  • 具有整体温度、湿度自由度的特殊气体区域
  • 关于强制对流和自由对流的高级对流定律,分析建模层流和湍流
  • 自定义的空气区域之间的质量、体积转移,例如排气系统建模
  • 自动检测小的、几乎封闭的区域,以简化为所有表面分配合适的对流边界条件的过程

模拟辐射传热

飞机上带乘客的太阳辐射图像
飞机的日晒辐射模拟结果

THESEUS‑FE包括许多不同的数学模型,用于表示热辐射的能量交换。热辐射的整体光谱被分成两个波段,即所谓的短波和长波辐射范围。

短波辐射

短波范围包括紫外光谱以下的所有波长,可见光的整个光谱和红外光谱的高频部分。这是由辐射能量交换主导的典型能源领域,包括太阳能,家用光源和红外辐射源。这种辐射交换通常以高度定向的方式进行。在辐射解算器内,材料参数和相互作用效应(诸如镜面反射和漫反射,透射和吸收)可以作为波长的函数以物理上正确的方式处理。短波辐射求解器的主要影响包括:

  • 漫反射和镜面反射
  • 不透明和透射材料
  • 透射率取决于入射角
  • 透明材料中的折射,例如汽车前灯光学透镜的建模
  • 吸收、透射和反射的波长相关材料属性
  • 各种专门的辐射能量源,例如太阳、点源或一般的辐射表面的建模

长波辐射

长波辐射范围用于基于当前零件温度来建模模型内热辐射能量交换。根据温度的不同,这种类型的热辐射可以达到可见光谱,但通常在不可见的深红外范围内最大。利用有限元网格各表面之间计算的视场因子,对模型内辐射交换进行高效建模。