مدلسازی و تحلیل جریان‌های حرارتی پیشرفته با SOLIDWORKS Thermal Simulation

تحلیل جریان‌های حرارتی یکی از موضوعات اساسی در مهندسی مکانیک و صنایع مرتبط است. نرم‌افزار SOLIDWORKS Thermal Simulation ابزاری قدرتمند برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی انتقال حرارت در سیستم‌های مختلف مهندسی است. این ابزار به مهندسان امکان می‌دهد تا رفتار حرارتی قطعات و مجموعه‌ها را به‌صورت دقیق تحلیل کرده و طراحی‌های خود را بهینه‌سازی کنند. در این مقاله، تمامی مراحل استفاده از SOLIDWORKS Thermal Simulation برای مدلسازی و تحلیل جریان‌های حرارتی به تفصیل توضیح داده خواهد شد. برای آموزش سالیدورک پیشرفته به صورت کامل کافیست وارد لینک شوید تا تمام این بخش هارا به صورت کامل از صفر تا صد آموزش ببینید .

۱. آشنایی با SOLIDWORKS Thermal Simulation

SOLIDWORKS Thermal Simulation بخشی از مجموعه ابزارهای شبیه‌سازی SOLIDWORKS است که امکان تحلیل انتقال حرارت به روش‌های مختلف را فراهم می‌کند. این تحلیل شامل سه مکانیزم اصلی انتقال حرارت است:

1. رسانش (Conduction): انتقال حرارت درون مواد جامد یا بین مواد در تماس مستقیم.
2. جابه‌جایی (Convection): انتقال حرارت بین یک سطح و سیال مجاور.
3. تشعشع (Radiation): انتقال حرارت به‌وسیله امواج الکترومغناطیسی.

این ابزار قابلیت تحلیل حرارتی در شرایط پایا (Steady-State) و گذرا (Transient) را ارائه می‌دهد و برای شبیه‌سازی طیف وسیعی از پروژه‌ها در مهندسی مکانیک، الکترونیک و انرژی قابل استفاده است.

۲. مکانیزم‌های انتقال حرارت

۲.۱. رسانش (Conduction)

رسانش مکانیزمی است که در آن انتقال حرارت به دلیل اختلاف دما در داخل یک ماده یا بین مواد در تماس مستقیم اتفاق می‌افتد. این نوع انتقال حرارت در مواد جامد بسیار مؤثر است.

• فرمول اصلی:
  • : نرخ انتقال حرارت
  • : رسانایی حرارتی
  • : گرادیان دما
• کاربردها:
  • تحلیل قطعات فلزی مانند هیت سینک‌ها.
  • بررسی انتقال حرارت در مواد کامپوزیتی.

۲.۲. جابه‌جایی (Convection)

جابه‌جایی مکانیزمی است که در آن انتقال حرارت بین یک سطح جامد و سیال اطراف آن انجام می‌شود. این نوع انتقال حرارت به دو نوع طبیعی و اجباری تقسیم می‌شود.

• فرمول اصلی:
  • : نرخ انتقال حرارت
  • : ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی
  • : مساحت سطح
  • : دمای سطح
  • : دمای سیال دور
• کاربردها:
  • طراحی سیستم‌های خنک‌کننده.
  • تحلیل خنک‌کاری قطعات الکترونیکی.

۲.۳. تشعشع (Radiation)

تشعشع مکانیزمی است که در آن انتقال حرارت از طریق امواج الکترومغناطیسی انجام می‌شود و نیازی به محیط مادی ندارد.

• فرمول اصلی:
  • : ضریب تابش سطح
  • : ثابت استفان بولتزمن
  • : مساحت سطح
  • : دمای سطح
  • : دمای محیط
• کاربردها:
  • طراحی عایق‌های حرارتی.
  • تحلیل تشعشعات حرارتی در فضاپیماها.

۳. مراحل تحلیل حرارتی در SOLIDWORKS

۳.۱. تنظیم پروژه حرارتی

برای شروع تحلیل حرارتی باید پروژه به‌درستی تنظیم شود:

• ایجاد مطالعه جدید:
  • به ماژول Simulation بروید و یک مطالعه جدید ایجاد کنید.
  • نوع مطالعه را به Thermal Study تغییر دهید.
• تعریف هندسه مدل:
  • مدل خود را باز کرده و از کامل بودن آن اطمینان حاصل کنید.

۳.۲. تعریف خواص مواد

• انتخاب مواد استاندارد: از کتابخانه مواد SOLIDWORKS برای انتخاب موادی که خواص حرارتی دقیق دارند استفاده کنید. اگر شما حتی هنوز تا به اینجا نمیدانید سالیدورک چیست یا برای شما این توضیحات غریبست کافیست وارد لینک شوید یا در قیمت منو روی آموزش سالیدورک کلیک کنید و بخشی که نیاز دارید را آموزش ببینید .
• تعریف مواد سفارشی: اگر ماده خاصی دارید، خواص آن شامل رسانایی حرارتی، چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه را دستی وارد کنید.

۳.۳. اعمال شرایط مرزی

• دما (Temperature): نقاط یا سطوحی که دمای ثابت دارند را مشخص کنید.
• همرفت (Convection): ضریب انتقال حرارت و دمای محیط را وارد کنید.
• شار حرارتی (Heat Flux): میزان حرارت ورودی یا خروجی را مشخص کنید.
• تشعشع (Radiation): تنظیمات مرتبط با تشعشع را اعمال کنید.

۳.۴. مش‌بندی مدل

• مش‌بندی استاندارد: از تنظیمات پیش‌فرض استفاده کنید.
• مش‌بندی پیشرفته: در نواحی با تغییرات دمایی بالا، مش‌های ریزتری اعمال کنید.

۳.۵. اجرای تحلیل و بررسی نتایج

• اجرای تحلیل: تنظیمات را بازبینی کرده و تحلیل را اجرا کنید.
• بررسی نتایج: نمودارها، گراف‌ها و توزیع دما را مشاهده کنید.

۴. تحلیل پیشرفته: ترکیب حرارت و مکانیک

۴.۱. تحلیل تنش‌های حرارتی

تغییرات دما باعث ایجاد تنش‌های حرارتی در قطعات می‌شود. این تنش‌ها می‌توانند منجر به تغییر شکل یا شکست شوند.

۴.۲. تحلیل مواد با خواص وابسته به دما

در بسیاری از کاربردها، خواص حرارتی مواد با دما تغییر می‌کند. این وابستگی باید در تنظیمات مواد لحاظ شود.

۴.۳. تحلیل همزمان

با ترکیب تحلیل‌های حرارتی و مکانیکی، می‌توان عملکرد واقعی سیستم را شبیه‌سازی کرد.

۵. نکات مهم و کاربردی

• جزئیات مدل: جزئیات کوچک می‌توانند تأثیر زیادی بر نتایج داشته باشند.
• اعتبارسنجی: نتایج شبیه‌سازی را با داده‌های تجربی مقایسه کنید.
• بهینه‌سازی: نتایج تحلیل را برای بهبود طراحی استفاده کنید.

نتیجه‌گیری

برای مطالعه و کسب اطلاعات بیشتر برای کار با پرینتر سه بعدی و برش لیزری کافیست وارد لینک شوید . SOLIDWORKS Thermal Simulation ابزار جامعی برای تحلیل جریان‌های حرارتی در پروژه‌های مهندسی است. این ابزار به مهندسان کمک می‌کند تا مشکلات حرارتی را شناسایی و طراحی‌های خود را بهینه کنند. با توجه به قابلیت‌های گسترده این نرم‌افزار، می‌توان تحلیل‌های پیچیده را با دقت بالا انجام داد و از نتایج آن برای بهبود عملکرد محصولات بهره برد.