熱解析では、ジオメトリ全体におけるエネルギーの熱伝導を計算します。

熱解析の熱伝達方法

熱伝導は数学的に次のように定義することができます。

各項目の意味

• Q = 熱流
• k = 熱伝導率であり、定数の材料特性として入力される
• A = 断面積(ソフトウェアによって計算される)
• = 領域の法線方向における温度変化

熱伝導は、モデル全体の計算内容の基礎になります。熱解析の真の力は、モデル化されていない空間がどのように設計に影響を与えるかを適切に定義することです。外部からの影響と一部の内部からの影響が荷重として定義されます。

熱荷重は他のタイプの熱伝達を表現できる

熱伝達は、流体と固体(通常は周囲の空気)の間におけるエネルギーの伝達です。熱伝達は数学的に次のように定義されます。

各項目の意味

• Q = 熱流
• h = 熱伝達係数(手動で入力、定数とみなされる)
• A = 選択したサーフェスのサーフェス積(ソフトウェアによって計算される)
• Ts = 選択したサーフェスのサーフェス温度(ソフトウェアによって計算される)
• T = 周囲流体の温度(手動で入力、定数とみなされる)

モデルの周囲への熱伝達を適切に考慮するには、熱伝達係数が鍵になります。周囲流体の速度から、周囲流体が何かに至るまで、係数に影響を与える多くの要因があります。コンピュータを冷やす場合にはファンを使用しますが、流体の速度を増加させるには h の値を増加させます。h の値が高い程、温度が下がります。流体の物理プロパティも、係数に影響します。同じ参照フレームを維持するために、一部のコンピュータでは空気ではなく液体による冷却を使用します。液体の h 値の方が気体よりも高い効果があります。

空気に対する標準的な自然熱伝達係数は 5 ～ 25 W/m^2*K の範囲です。さまざまな流体や条件に対する多くの例をオンラインで参照できます。

輻射は、モデルと環境の間におけるエネルギーの伝達です。輻射は数学的に次のように定義されます。

各項目の意味

• Q = 熱流
• = ステファン - ボルツマン定数
• = 選択したサーフェスの放射率(手動で入力)
• A = 選択したサーフェスの表面積(ソフトウェアによって計算される)
• = 選択したサーフェスのサーフェス温度の 4 乗(ソフトウェアによって計算される)
• = 周囲環境温度の 4 乗(T を手動で入力、ソフトウェアによって 4 乗が計算される)

輻射を使用する場合、ビュー係数は 1 に等しいとみなされます。

輻射荷重は、環境で交換されるエネルギーのみを考慮しており、モデル上(パーツからパーツ、またはサーフェスからサーフェス)の輻射は考慮されません。輻射は、高い温度変化が起こるか、または低い流量の状況下で、熱伝達の主要な形式にすることができます。輻射方程式には 4 乗された温度値があることに注目してください。温度が上昇するに従い、輻射はすぐに熱伝達の主要な形式になります。既に説明したとおり、自然対流など低速度の対流の場合、熱伝達係数は低くなります。輻射は、これらのシナリオではさらに主要な熱伝達の形式になります。

熱源

解析に対して熱を追加または除去することができる荷重がさらに 3 つあります。これらの荷重では、エネルギーを計算する際、物理的な方法を使用する代わりに特定量のエネルギーが使用されます。

内部熱 -

• 特定量のエネルギーをボディに追加したりボディから削除できます。

熱源 -

• 特定量のエネルギーがサーフェスを通過できるようにします。

指定温度 -

• サーフェスまたはボディを指定の温度にロックします。指定の温度を保つために、無限量のエネルギーの生成や除去が行えます。