热容量 — CAE用语解说
热容量
我在做瞬态热分析时,先辈跟我说过"热容量的设置会影响结果",但热容量的重要性到底有多大呢?
定义
再问一下,热容量的定义是什么?它和比热有什么不同呢?
简单来说就是「将该物体的温度提升1K所需的热量」。用公式表示为 C = m × c_p,单位是 J/K。比热 c_p 是单位质量的值,单位为 J/(kg·K),所以热容量表示的是「整个物体能够蓄积多少热量」。
原来如此,比热是材料固有的值,而热容量是包含质量的值呢。那同样是铝,薄板和厚板的热容量会完全不同吗?
正是这样。比如在EV电池的瞬态热分析中,单个电芯和整个模组的热容量就相差好几个数量级。热容量越大,温度变化就越缓慢。在快速充电时预测电芯能升温到多少度,必须有准确的热容量,这是不可或缺的。
热解析中的作用
那稳态分析中就不需要考虑热容量了吧?
问得好。稳态分析是求温度不随时间变化的状态,∂T/∂t = 0,所以热容量项就从计算中消失了。因此稳态中只有热导率起作用。但一旦转向瞬态分析,温度在多少时间内上升或下降,完全取决于热容量。
那也就是说,要看芯片启动后温度的立即反应,必须用瞬态分析,而热容量在这时是关键咯?
完全正确。实务中常见的失败案例就是,基板或焊点层的热容量设置不够仔细,导致温度上升曲线和实测数据对不上。时定数 τ = mc_p/(hA),所以热容量设错了,响应速度本身就会出问题。
相关用语
要理解热容量的话,应该一起掌握哪些用语呢?
这3个是必须配套掌握的。
比热、非稳态热传导、时定数,全部联系在一起呢。我以前在做瞬态分析时对热容量太随意了……真反省。
现在意识到了就很好。先从材料数据库中精确地查出比热,再和质量相乘,要仔细做好这一步。
对CAE用语的准确理解,是团队内部沟通的基础。 — Project NovaSolver也将实务者的学习支援纳入视野。
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