二维定常热传导 — 故障排除
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二维定常热传导 — 故障排除
常见问题
请教我二维热传导中容易遇到的要点。
1. 平面模型和轴对称模型的混淆
问题: 在Ansys PLANE55中,如果本应指定轴对称但保持平面状态,则圆柱形状的热阻完全不同。平面问题按单位厚度计算,轴对称考虑2πr。
对策: 必须确认KEY OPT设置。在Abaqus中,由于元素名称不同（DC2D4 vs DCAX4）,不容易出错。
2. 各向异性材料的坐标系
各向异性材料中坐标系出错会怎样？
材料坐标系与全局坐标系不一致时,面内k和法向k会互换。对于PCB基板,如果 $k_{in}=30$, $k_{through}=0.5$ W/(m K)互换,温度上升会改变数十倍。在Ansys Workbench中,必须逐个元素检查坐标系的分配。
3. 角部奇异点
在直角内角部,理论上温度梯度（热流）是无限大的。网格越细,数值越大,不收敛。
对策: 不要使用局部最大热流值,而应使用某一区域的平均值用于设计。或者添加微小的圆角来消除奇异性。
这和结构分析中的应力奇异点是一样的吧。
完全相同。温度奇异点在实物中通过圆角或倒角得到缓解,因此在分析模型中也应加入微小半径（约0.1mm）是比较现实的做法。
Coffee Break 杂谈角落
角部的奇异性与网格依赖性
对于二维形状中尖锐的重入角,理论上会产生热流无限大的奇异解。用FEM对该部分进行细网格分割时,温度梯度会越来越大,不收敛的现象会出现。根据Abaqus手册（2018版）的建议,在重入角附近应用特殊单元（四分点单元）。
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