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。抵抗加熱としても知られていますが、この関数は電気抵抗による発熱をシミュレートします。例としては、電気式コンロの発熱体や室内暖房器具です。主入力は、電流、電圧、および材料の抵抗です。
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またはサーフェス部分の一端に電流を割り当て、もう一端に 0 の電位を指定する方法があります。
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
- 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
ジュール発熱が発生する固体およびサーフェス部分には、常に 0 以外の抵抗を指定する必要があります。
温度変化を評価する
ジュール発熱によって発生する温度変化を推測する場合は、既知の抵抗、適用電流、対象物の寸法に基づいて温度差を手計算で求めます。
- 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。
温度変化を手動で計算することは、指定した値が物理に適い妥当であることを確かめる良い方法です。
絶縁材料
ジュール発熱シミュレーションで絶縁(熱伝導のない)材料をシミュレートするには、モデル内で指定されている最も小さい抵抗値より 1000 倍大きい抵抗値を指定します。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 X
引数 X は、部品を絶縁とみなす抵抗値のしきい値です。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。
設定時の留意点
ジュール発熱を受ける固体オブジェクトのメッシュ化には、断面に対し少なくとも 2 層の要素を用いてください。これは、ソリッド内の温度勾配の解決に必要な最小限のメッシュ密度です。
電流と電圧の境界条件を適用し、抵抗材料プロパティを設定し、[実行]ダイアログ ボックスで熱伝達を有効にすると、Autodesk® CFD が自動的にジュール発熱を計算します。ジュール発熱を呼び出す専用のボタンはありません。
液体内のジュール発熱をシミュレートする
Autodesk® 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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