MeshFree|制度盘热分析对比
本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了热传递的三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。热传导是热能通过物体内部微观粒子的热运动进行的传递；热对流是由于温度差异引起的流体宏观运动导致的热量传递；热辐射则是通过电磁波进行的能量交换。文章还讨论了稳态和瞬态热传递的区别，并给出了相应的控制方程。最后，以一个制动盘为例，进行了模态分析和热传递分析，展示了MeshFree在热传递分析中的应用，并与ANSYS的结果进行了比对。相关文章介绍了MeshFree在汽车行业CAE分析、水轮机快速仿真设计、擦窗机仿真分析、第三代轮毂轴承旋转弯曲疲劳分析以及大学生方程式赛车轮辐设计与分析等方面的应用。
MeshFree支持稳态热传递、稳态热应力、瞬态热传递
热传递分析
是用来确定结构在热荷载作用下的热响应技术，并得到一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数。进行热传递分析时，我们一般关心温度的分布、热量的增加或损失、热梯度、热流密度等参数。 热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等等。通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。根据温度场结果是否随时间变化，可将热传递分析分为稳态热传递和瞬态热传递分析。根据材料的热参数是否随温度变化，可将热传递分析分为线性热传递和非线性热传递分析。
热分析常用术语
•导热系数：是表征材料导热性能优劣的参数，是一种热物性参数，单位W/(m·K)•比热容：1kg材料，其温度每升高1K，所需要吸收的热量，单位J/(kg·K)•热传导：当物体内部存在温差，或者多个接触良好的物体之间存在温差，热量从高温部分（或高温物体）向低温部分（或低温物体）传递的现象•热对流：指流体经过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递的现象•对流换热系数：在稳定传热条件下，两侧空气温差为1K，1s内通过1平方米面积传递的热量，对流换热系数也叫膜系数，单位W/(m2·K)•热辐射：指一个物体或多个物体之间通过电磁波进行能量交换•热流率：单位时间内通过传热面的热量，也叫热流，单位W•热流密度：单位时间内通过单位面积的热量，也叫热通量，单位W/m2MeshFree热传递的方式有三种：热传导、热对流、热辐射热传导
当物体内部存在温差，或者多个接触良好的物体之间存在温差，热量会从高温部分（或高温物体）向低温部分（或低温物体）传递，这种热量传递的方式称为热传导。无论是液体、气体或者固体，只要存在温差，就会发生热传导。
式中，q为在方向n上的每单位面积的热流量，称为热流密度，也叫热通量，单位W/m2；Knn为方向n的热传导系数，单位W/(m·K)；T为温度； 为方向n的温度梯度，温度梯度总是负的，负号表示热能沿梯度反向流动，即从温度高的区域向温度低的区域流动。所以傅里叶定律中会带一个负号。对于一维稳态热传导，傅里叶定律简化为：
热对流
热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热对流仅能发生在流体中，同时热对流必然伴随着热传导现象。
一般意义上的热对流仅在流体力学中研究，结构工程上通常关心对流传热，对流传热是指流体经过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。
这里规定我们所讨论的热对流仅指对流传热，即流体和固体之间的换热。热对流一般分为2类：自然对流和强制对流。
热对流的计算遵循牛顿冷却公式
式中，q为固体表面每单位面积和流体的热量交换，称为热流密度，也叫热通量，单位W/m2；Tw、Tf分别为壁面温度和流体温度；h称为表面传热系数，或对流换热系数，W/(m2·K)。在上述公式中，最难确定的是对流换热系数h，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切关系。因此研究热对流的基本任务就是用理论分析、实验方法或CFD数值模拟具体给出各种场合下h的计算公式。热辐射
热辐射指一个物体或多个物体之间通过电磁波进行能量交换。一切温度高于绝对零度（-273.15K）的物体都能产生热辐射，物体的温度越高，单位时间辐射的热量越多。热辐射不需要介质，真空中辐射效率最高。我们把能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体称为黑体，其吸收和辐射的本领在同温度的物体中是最大的。黑体是一种理想物体，现实中并不存在，但其在热辐射规律探索过程中起着重要作用。黑体在单位时间内发出的热辐射能量由斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律给出：
式中，T为黑体的热力学温度，K；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)常数，其值为5.67×10-8W/(m2·K4)；A为辐射表面积m2对于一切实际物体，其辐射能力必然小于同温度下的黑体。因此，对于实际物体，有斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律的修正形式。式中，ε称为物体的发射率（emissivity），又称为黑度，其值总小于1。可以发现，在式子中有温度的四次方，因此热辐射是高度非线性的。
公式仅给出了物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射传热量，要计算辐射传热量，还必须考虑投射到物体上的辐射热量的吸收过程，即要算收、支的总账。实际中有很多辐射传热的形式，如两块平板之间的辐射传热，无限大空腔中的物体辐射传热，物体和环境之间的辐射传热等等。
在MeshFree中考虑的是物体和环境之间的辐射传热。需要注意的是，这里不是物体和空气之间的辐射传热，因为空气的辐射和吸收能力是微乎其微的，可以忽略不计。式中，q为物体和环境之间的辐射传热的热流密度，单位W/m2；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)；F为形状系数；ε为发射率（emissivity）；α为吸收率（absorptivity）；T为物体温度，热力学温度K；Tf为环境温度，热力学温度K。在热辐射中，所有的温度单位都使用热力学温度K。
稳态热传递
热能流动不随时间变化，这种热传递就是稳态的。由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。从方程可以看出，对于稳态热传递分析，在材料参数中，仅需通过热传导系数即可。瞬态热传递
与稳态热分析不同，瞬态热分析需要考虑热能存储效应，使时间有了确定的物理意义从方程可以看出，对于瞬态热传递分析，在材料参数中，需要输入热传导系数和比热。制动盘模态分析
1分析参数:弹性模量1.2 e^5MPa,泊松比0.25,质量密度7250 kg/m ³
结果查看
1分析参数；弹性模量1.2e^5MPa,泊松比0.25,质量密度7250 kg/m ³,热传导率45W/m.K ，比热 470J/K ，热膨胀系数 1.1e^5 ，热通量672W ㎡，对流换热系数13.68W ㎡K, 环境温度 25 ℃2分析条件，假设制动盘与摩擦片接触面上的平均热通量为672W㎡，制动盘其余面与空气发生对流换热。结果比对：
MeshFree分析结果：最高温度37.72℃，最低温度33.86℃ ANSYS分析结果：最高温度 37.72℃，最低温度 33.85℃趋势和结果一致
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