SolidWorks simlation热仿真

Question

simlation热仿真里面
把一个大电阻放在1.5米立方体的水里面浸泡，水是静止的。电阻通15kA的电流，这个电阻发热如何仿真，能否仿真出电阻对水的热传导。

Answer 1

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以下是在SolidWorks Simulation中进行此热仿真的一般步骤：

一、模型建立

1. 创建几何模型
   • 在SolidWorks中创建一个1.5米立方体的水体模型，可以使用拉伸等特征来构建。
   • 创建一个代表电阻的简单几何形状（例如圆柱体等），并将其放置在水体内部合适的位置。
2. 定义材料属性
   • 对于水，在SolidWorks Simulation中选择合适的水的材料属性，包括热导率、比热容、密度等。水的热导率大约为0.6W/(m·K)，比热容为4.2×10³J/(kg·K)，密度为1000kg/m³。
   • 对于电阻，需要定义其材料属性，特别是电阻材料的热导率等参数。并且要根据电阻的功率计算公式$P = I^{2}R$（其中$I = 15000A$）来考虑电阻发热功率与材料热性能之间的关系。

二、设置仿真参数

1. 热载荷设置
   • 根据$P = I^{2}R$计算电阻的发热功率。由于电阻通15000A的电流，假设电阻值为$R$欧姆，那么发热功率$P=(15000)^{2}R$瓦。在SolidWorks Simulation中，将这个计算得到的热功率作为电阻的热载荷施加到电阻模型上。
2. 接触设置
   • 定义电阻与水之间的接触关系。由于要考虑热传导，需要设置为热传导接触，确保热量可以在电阻和水之间传递。
3. 边界条件设置
   • 对于水体，由于是静止的，可以假设水体的外表面为绝热边界（如果水体与外界没有热交换的话），或者根据实际情况设置一定的对流换热系数（如果水体与外界有热交换，例如与容器壁面等）。

三、网格划分

1. 全局网格设置
   • 根据模型的复杂程度和对计算精度的要求，设置合适的全局网格大小。对于这个案例，由于涉及到热传导的精确计算，可能需要相对较细的网格，特别是在电阻和水的接触区域附近。
2. 局部网格细化
   • 对电阻周围的区域以及可能存在较大温度梯度的区域进行局部网格细化，以提高计算的准确性。

四、运行仿真

1. 求解器选择
   • 根据问题的类型（稳态热分析或瞬态热分析）选择合适的求解器。如果只关心电阻发热一段时间后达到稳定状态时的温度分布，那么可以选择稳态热分析求解器；如果想要观察温度随时间的变化过程，则选择瞬态热分析求解器。
2. 运行仿真计算
   • 点击运行按钮，让SolidWorks Simulation进行热分析计算。

五、结果分析

1. 温度分布查看
   • 查看电阻和水体中的温度分布云图，可以直观地看到电阻的发热情况以及热量在水中的传导情况。
2. 热流量分析
   • 通过分析热流量的结果，可以了解电阻向水传导热量的具体数值和方向等信息。

所以，在SolidWorks Simulation中是能够仿真出电阻对水的热传导的。需要注意的是，模型的准确性取决于几何模型的构建、材料属性的定义、边界条件的设置以及网格划分等多个因素的合理设置。