更多圖片統(tǒng)一的建模流程傳熱模塊是加工過(guò)程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中熱效應(yīng)的專用模擬工具。對(duì)于行業(yè)應(yīng)用中的傳熱和所有其他物理現(xiàn)象，COMSOL 均采用統(tǒng)一的方法來(lái)設(shè)置模型和操作仿真。因而，您能夠通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工具與其他工程師或工程部門(mén)進(jìn)行溝通研究不同的現(xiàn)象。無(wú)論您或您的同事們研究的是哪種特定應(yīng)用的物理場(chǎng)，建模流程都是統(tǒng)一而簡(jiǎn)潔的，步驟如下：
加工過(guò)程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的熱效應(yīng)仿真平臺(tái)無(wú)論您研究哪種物理現(xiàn)象， COMSOL Multiphysics 平臺(tái)和豐富的專業(yè)模塊為您提供了用于所有過(guò)程和設(shè)計(jì)的統(tǒng)一仿真工具。首先，您可以建立系統(tǒng)設(shè)備的焦耳熱模型，之后建立模擬傳送空氣的系統(tǒng)散熱模型，接下來(lái)建立設(shè)備的熱應(yīng)力模型?；蛞淮涡詫?duì)所有現(xiàn)象進(jìn)行模擬。 傳熱通常是一種與其他物理過(guò)程一起考慮的重要現(xiàn)象。溫度場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力，而電磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電阻、感應(yīng)、微波等現(xiàn)象。流體流動(dòng)對(duì)于不同組件上的散熱非常重要，而熱處理（例如鑄造或焊接）時(shí)的溫度變化會(huì)對(duì)材料屬性及其物理行為會(huì)產(chǎn)生非常大的影響。傳熱模塊包含多種用戶接口，可簡(jiǎn)便地模擬任意的耦合傳熱現(xiàn)象，并可以耦合到 COMSOL? 產(chǎn)品庫(kù)中的任何其他模塊。 傳熱機(jī)理傳熱模塊的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)熱守恒或能量守恒相關(guān)的計(jì)算，同時(shí)可以考慮機(jī)械損耗、潛熱、焦耳熱或反應(yīng)熱等一系列現(xiàn)象。傳熱模塊提供了現(xiàn)成的接口（稱為物理接口），可在圖形用戶界面（GUI）設(shè)定模型輸入，并使用這些輸入?yún)?shù)來(lái)設(shè)定能量平衡方程。與 COMSOL 模塊套件內(nèi)的所有物理接口一樣，您可以通過(guò)修改底層方程來(lái)靈活地定義傳輸機(jī)理、特定熱源或與其他物理場(chǎng)耦合等。 熱傳導(dǎo)傳熱模塊包含了固體傳熱和流體傳熱（或兩者的組合），并且允許用戶自由地定義熱導(dǎo)率的變量依賴性，通常將其表示為溫度自身的函數(shù)。自動(dòng)計(jì)算任意幾何結(jié)構(gòu)上曲線坐標(biāo)，以及定義各向異性材料屬性的能力，使得可以高度真實(shí)地表征各向異性結(jié)構(gòu)（例如復(fù)合材料）中的熱效應(yīng)。 輻射傳熱模塊支持許多現(xiàn)象的輻射模擬，包含了專用的求解器來(lái)模擬輻射現(xiàn)象，耦合熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)。傳熱模塊提供了用于模擬透明、不透明和參與介質(zhì)中的表面對(duì)環(huán)境輻射、環(huán)境對(duì)表面輻射和表面對(duì)表面輻射的工具。 傳熱模塊使用輻射度方法來(lái)模擬表面對(duì)表面輻射，考慮隨波長(zhǎng)變化的表面屬性，在此您可以在同一模型中同時(shí)最多考慮五個(gè)光譜波段。適用于模擬太陽(yáng)輻射，其中短波長(zhǎng)（太陽(yáng)光譜波段）的表面吸收率可能不同于較長(zhǎng)波長(zhǎng)（環(huán)境光譜波段）的表面發(fā)射率。此外，還可為每個(gè)光譜波段定義透明度屬性。傳熱模塊還可以模擬參與介質(zhì)中的輻射傳熱，這將考慮這種介質(zhì)中熱輻射的吸收、發(fā)射和散射。 熱對(duì)流系統(tǒng)中存在流動(dòng)過(guò)程時(shí)，總是會(huì)通過(guò)壓力功和粘性效應(yīng)在傳熱過(guò)程和能量作用中引入對(duì)流傳熱。傳熱模塊可以方便地模擬這些過(guò)程，并可同時(shí)考慮強(qiáng)制對(duì)流和自由（自然）對(duì)流。它包含一個(gè)用于共軛傳熱的特定物理接口，可在同一系統(tǒng)中對(duì)固體和流體材料進(jìn)行模擬。為了考慮流體流動(dòng)，傳熱模塊內(nèi)置了層流模型物理接口，以及高雷諾數(shù)和低雷諾數(shù) k-ε 湍流模型物理接口。對(duì)于任意流體類型，由于溫差而產(chǎn)生的自然浮力效應(yīng)可以通過(guò)非等溫流模型來(lái)描述。將傳熱模型與 CFD 模塊組合可以進(jìn)一步仿真流體流動(dòng)，包括多種湍流模型、多孔介質(zhì)流和兩相流。 此外，傳熱模塊還提供了一些用于簡(jiǎn)化流體模型的功能，當(dāng)模擬流體動(dòng)力學(xué)全模型并不能提供更多的精度，或其計(jì)算量特別巨大時(shí)，可以使用這些功能進(jìn)行簡(jiǎn)化。這些功能通過(guò)一個(gè)內(nèi)置的傳熱系數(shù)庫(kù)提供，用于仿真在系統(tǒng)周?chē)湍Ｐ瓦吔缰g的強(qiáng)制或自然對(duì)流傳熱。該模塊還包含不同的幾何相互關(guān)系，例如煙道或平板（垂直、傾斜或水平），以及不同的外部流體（空氣、水和油）。 多孔介質(zhì)傳熱雖然自由介質(zhì)中層流或湍流傳熱的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，但傳熱模塊也提供了功能強(qiáng)大的用于模擬多孔介質(zhì)傳熱的接口，同時(shí)考慮多孔基體固相和開(kāi)孔相中的傳導(dǎo)和對(duì)流。您可以選擇不同的平均模型來(lái)定義等效傳熱屬性，這些等效屬性將基于固體和流體材料的相應(yīng)屬性自動(dòng)計(jì)算。此外，您還可以利用預(yù)定義功能模擬在多孔介質(zhì)曲折孔隙中流體流動(dòng)產(chǎn)生的熱耗散。 生物傳熱傳熱模塊提供了一個(gè)含有生物傳熱模型的物理接口。無(wú)論是通過(guò)微波加熱、電阻加熱、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱還是輻射加熱，生物傳熱接口是仿真人體組織和其他生物系統(tǒng)中的熱效應(yīng)的完美工具。正如 COMSOL 環(huán)境中的通常情形，可以簡(jiǎn)便地將溫度變化反饋到其他物理場(chǎng)的材料屬性，例如強(qiáng)耦合多物理場(chǎng)仿真中的電學(xué)材料屬性。生物傳熱可以與一系列相變過(guò)程組合，包括組織壞死等。 相變相變是傳熱分析中的一種擾動(dòng)屬性。相變會(huì)引起難以預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)變，即相態(tài)之間的瞬態(tài)幾何相界面，或者材料屬性（例如傳導(dǎo)率、熱容或流動(dòng)行為）的突然變化，在材料的固相、液相和氣相之間這些屬性的差異可能達(dá)到幾個(gè)數(shù)量級(jí)。相態(tài)變化還會(huì)引起潛熱，在許多熱平衡過(guò)程中潛熱一般占主導(dǎo)地位。通過(guò)一系列不同的功能和用戶接口，COMSOL Multiphysics 和傳熱模塊能夠考慮這些擾動(dòng)，包括使用移動(dòng)網(wǎng)格來(lái)模擬體積變化。此外，還支持通過(guò)自動(dòng)定義熱力學(xué)屬性來(lái)考慮材料屬性的突變，同時(shí)仍然可以通過(guò)控制相態(tài)的漸變來(lái)確保連續(xù)性。 接觸熱阻當(dāng)兩個(gè)固體相互連接在一起時(shí)，熱阻通常是彼此壓迫狀況和各自表面粗糙度的函數(shù)。粗糙表面之間會(huì)產(chǎn)生抑制傳熱的小間隙，而將它們壓在一起可以減小這些間隙的大小。傳熱模塊提供了一些物理接口來(lái)仿真隨施加應(yīng)力和間隙特定熱導(dǎo)率而變化的接觸熱導(dǎo)系數(shù)，并且還考慮小間隙分隔面之間的表面對(duì)表面輻射作用。將傳熱模型與結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊組合，可以實(shí)現(xiàn)在熱接觸和機(jī)械接觸（包括熱膨脹）之間直接耦合的功能。 薄層和薄殼您的儀器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)含有幾何尺寸遠(yuǎn)小于系統(tǒng)其余部分的材料或區(qū)域。例如 PCB 上的薄銅層，壓力容器的器壁，或者絕緣薄層。傳熱模塊提供了特定的模擬工具來(lái)仿真這些情形并可節(jié)省計(jì)算資源。如果薄層或薄殼切線方向的傳熱梯度很顯著，且厚度方向的溫度梯度不明顯，則可以使用高導(dǎo)熱層，避免在薄層或薄殼的寬度方向上進(jìn)行網(wǎng)格剖分。可以將薄層或薄殼的求解結(jié)果與所連接的三維實(shí)體耦合。可以是兩個(gè)較大的域之間、域和其周?chē)h(huán)境之間的薄壁，或者是嵌入另一個(gè)固體表面的薄層。通過(guò)類似的方式，薄熱阻層的物理接口提供了一種描述熱導(dǎo)性很差的材料的簡(jiǎn)便方法。 熱電效應(yīng)多物理場(chǎng)節(jié)點(diǎn)顯示熱電效應(yīng)的材料可以將溫差轉(zhuǎn)換成電勢(shì)，如同熱通量包含載流子。或者，在此類材料上施加電勢(shì)，會(huì)產(chǎn)生溫度梯度。熱電材料制造的器件常用于電子設(shè)備冷卻或便攜式冰箱，另外熱電能量收集設(shè)備的應(yīng)用也很廣泛。 熱電效應(yīng)多物理場(chǎng)接口是電流接口和固體傳熱接口的耦合。您可以使用傳熱模塊的所有傳熱功能，例如高級(jí)邊界條件和熱輻射。和COMSOL中其他所有物理場(chǎng)接口一樣，熱電效應(yīng)接口能夠與其他任意物理場(chǎng)接口進(jìn)行耦合，例如結(jié)構(gòu)力學(xué)接口。材料庫(kù)中提供了兩種常見(jiàn)的熱電材料的材料屬性：碲化鉍和碲化鉛，您也可以方便地添加用戶自定義的熱電材料。 |
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