Правильно подобранный тепловой режим оказывает большое влияние на работоспособность большинства устройств и агрегатов. Особенно важным это становится при проектировании различных инновационных устройств, которые должны быть меньше, легче и эффективнее существующих аналогов. Помимо влияния на тепловое состояние изделия конвекции, излучения и теплопроводности, необходимо иногда также учитывать выделение тепла, например, при прохождении электрического тока через проводящую дорожку печатной платы или в результате трения различных частей конструкции. Тепловой анализ обеспечивает возможность оценки температурного поведения изделия под действием источников тепла, вызванных конвективными потоками, излучения и теплопроводностью. Тепловой анализ может использоваться самостоятельно для расчета температурных или тепловых полей по объему конструкции, а также совместно со статическим анализом для оценки возникающих в изделии температурных деформаций.
Тепловой анализ включает в себя:
- анализ статических и переходных процессов;
- спектральный анализ;
- кондуктивный, конвективный, радиационный теплообмен;
- фазовый переход;
- перенос масс;
- зависимые от температуры свойства материалов.
Стационарная постановка задачи связана с расчетом установившихся (стационарных) температурных полей в агрегатах, конструкциях, деталях под действием приложенных тепловых граничных условий.
Нестационарная постановка задачи связана с моделированием переходных режимов работы агрегатов, процессов нагрева или остывания. Расчет температурных полей осуществляется в зависимости от времени, когда температурные нагрузки были приложены относительно недавно, и в системе происходит активное перераспределение температурных полей.
В качестве граничных условий используются понятия: температура, тепловой поток, конвективный теплообмен, тепловая мощность, излучение. Все свойства материалов, используемых в расчете (теплопроводность, теплоемкость, плотность, энтальпия), могут быть нелинейными.
Применение в авиации и космосе
Определение температурного и термонапряженного состояния, моделирование стационарных и нестационарных задач теплообмена, задачи охлаждения, деформации материалов из-за нагрева, влияние термоциклирования на прочностные характеристики.
Применение в машиностроении
Определение полей температур и тепловых потоков, как в отдельных деталях, так и целых агрегатах или конструкциях, моделирование стационарных и нестационарных задач теплообмена, моделирование тепловых контактов и тепловых зазоров, расчет термонапряженного состояния устройства, расчет переходных режимов работы агрегатов, моделирование процессов нагрева или остывания.
Применение в электронике
Анализ теплового состояния микрочипов, печатных плат и электронных устройств, определение теплопроводности печатных плат, учет джоулевых потерь, выбор системы охлаждения, расчет термонапряженного состояния печатных плат и электронных блоков.
