ジュール発熱とは、金属を電流が流れるときに熱が発生することです。また、抵抗加熱としても知られており、電気ヒーターや電気ストーブの発熱をシミュレートします。入力には、電流、電位、材料の抵抗率があります。
ジュール発熱の設定
ジュール発熱条件の定義には、電流および電位という2つの境界条件を使用できます。荷重の標準的な定義方法として、電気が流れている固体の一端に電流を指定し、もう一端に0の電位を指定する方法がある。
あるいは、0以外の電位を一端に、0値の電位をもう一端に指定し、デバイス全体に電位差を適用することもできる。この場合、電流境界条件は設定しない。
抵抗率 材料プロパティは、抵抗率と断面面積の積を部品の長さで除算したものです。ジュール効果により熱せられる固体には、抵抗率の値が必須です。
抵抗率と抵抗の関係
- r = 抵抗率（オーム－長さの単位）
- R = 抵抗（オーム）
- L = デバイスの長さ
- A = 断面面積
ジュール発熱を受けるソリッドには、必ず0以外の抵抗率を指定するべきである。
ジュール発熱が発生するソリッドには、常に0以外の抵抗率を指定する必要があります。絶縁（熱伝導率のない）材料をジュール発熱シミュレーションで使用するには、モデル内で指定されている最も小さい抵抗率よりも1000倍大きい抵抗率を指定してください。デフォルトでは、そのような材料は絶縁と判断され、電流による熱への影響はありません。
デフォルトのしきい値よりも大きい抵抗率をシュミレートするには、このフラグを有効にし、目的の値を指定します。固体では、この値を超えない抵抗率の値を使用してジュール熱が計算されます。
max_electrical_resistance_ratio A
引数Aは部品が絶縁と考えられる抵抗率のしきい値です。例えば、このモデルで指定された最も小さい抵抗率よりも1000倍大きい抵抗率の材料のジュール発熱効果を計算するには、このフラグを有効にして、10000の値を指定します。
その他の伝熱解析の場合と同様に、モデルの任意の場所に温度を設定する（温度境界条件または熱伝達率境界条件に対する周囲温度として設定する）必要がある。
ジュール効果により熱せられるメッシュ物体は、断面全体に少なくとも2層の要素を必要とする。これは、デバイス全体の温度勾配を解くのに十分な節点があることを確実にする。
境界条件に電流および電位、プロパティに抵抗率を設定すると、自動的にジュール発熱となる。また、計算タスクダイアログ上で、伝熱を有効にする必要があります。ジュール発熱を有効にする専用ボタンは存在しない。
ここで役立つ手法は、抵抗率、適用された電流、オブジェクトの寸法を基に温度差を手計算することである。これには、以下を行います：
- まず、長さL、面積A、抵抗率rを使用してオブジェクトの抵抗Rを計算する。
- 次に、電位Vと抵抗を使用して電流Iを計算する。
V = I x R
- 損失される電力Pを計算する。
- その後、電力、長さ、面積、熱伝導率Kを使用して温度差を計算する。
これは、ジュール発熱の結果として生じる温度変化の推定値を提供する。現実性の確認として温度変化を計算し、指定された値が実際的かつ妥当であることを確実にすることが望ましい。
液体内のジュール発熱をシミュレートする
Autodesk Simulation CFD のジュール発熱は、主にソリッドなオブジェクト内の電気抵抗による発熱のシミュレーションを対象としています。しかし、液体が電流の経路の役割を果たし、ジュール発熱が起こる場合もあります。液体を通る電流の発熱効果をシミュレートするには：
- 液体内の電流を計算するには次の式を使用します：
- 計算された電力を液体内の単位体積あたりの発熱量として割り当てます。
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