2D传导温度模拟器 工具列表
交互式模拟器

2D传导温度模拟器

调整边界温度,观察板内温度梯度和热流方向如何变化。

参数输入
左边温度
°C

左边界固定温度。

右边温度
°C

右边界固定温度。

上边温度
°C

上边界固定温度。

下边温度
°C

下边界固定温度。

热导率 k
W/mK

材料热导率。

温度场演化动画(实时松弛)
中心温度 [°C]
内部最高 [°C]
内部最低 [°C]
0
迭代次数
收敛状态
速度
低温 (蓝) 高温 (红) 等温线 热流 (高温→低温) 网格 48×48

2D热扩散方程 $\partial T/\partial t=\alpha\nabla^2T$ 用松弛法(高斯-赛德尔)求解。稳态时 $\nabla^2T=0$,每个内点满足 $T_{ij}=\tfrac14(T_{i+1,j}+T_{i-1,j}+T_{i,j+1}+T_{i,j-1})$。由最大值原理,内部不存在极大或极小。

计算结果
中心温度
最大温差
热流指标
边界偏置
温度场图
中心线温度
热流方向
物理模型与主要公式

$$\nabla\cdot(k\nabla T)=0$$

本页把矩形板稳态传导近似为拉普拉斯方程温度场。若有内热源或接触热阻,需要另建模型。

如何解读

热图显示从高温边界到低温边界的平滑下降。

中心线图读取左右方向温度梯度。

热流图显示局部梯度较强的位置。

通过对话理解2D传导温度

🙋
看2D传导温度时,应该先看哪里?调整左边温度后,图和数值都会变化,有点不好判断。
🎓
先看中心温度,但不要只看数字。用温度场图确认前提形状或状态,再用中心线温度看分布和变化方式。热图显示从高温边界到低温边界的平滑下降。
🙋
左边温度变大时中心温度会变化,这比较直观。那右边温度的影响要怎么读?
🎓
逐步调整右边温度并观察最大温差,就能看出哪个因素在控制结果。本页把矩形板稳态传导近似为拉普拉斯方程温度场。若有内热源或接触热阻,需要另建模型。 不要只算一个点,要在实际可能波动的范围内来回检查。
🙋
热流方向主要用来做什么?只看普通曲线不够吗?
🎓
热流方向用来找危险边界,以及余量突然变小的输入组合。中心线图读取左右方向温度梯度。 例如绝热材料或均热板初步比较时,比单点结果更重要的是条件稍微偏离后会怎样。
🙋
如果中心温度满足要求,就可以直接采用这个条件吗?
🎓
这里适合作为初步判断。它对电子设备外壳边界温差确认和详细FEM前了解边界条件敏感性有帮助,但最终判断仍要结合标准、实测值、详细分析和厂家条件。热流图显示局部梯度较强的位置。

实际使用

绝热材料或均热板初步比较。

电子设备外壳边界温差确认。

详细FEM前了解边界条件敏感性。

常见问题

先看中心温度和最大温差。然后用温度场图确认前提状态,再用中心线温度读取分布和偏差。热图显示从高温边界到低温边界的平滑下降。
先单独调整左边温度,再以相近幅度调整右边温度,比较中心温度的变化。热流方向能显示哪些输入组合会让余量或性能快速变化。
适合用于绝热材料或均热板初步比较。不要只看单点数值,而应扩大输入范围,确认中心温度是否仍有余量,再决定是否进入详细分析。
本页把矩形板稳态传导近似为拉普拉斯方程温度场。若有内热源或接触热阻,需要另建模型。最终判断仍需结合标准、实测值、详细分析和厂家条件。

使用指南

  1. 设置四个边界的温度值(左、右、上、下),范围0-100℃,左侧边界默认80℃、右侧默认20℃
  2. 点击"运行模拟"按钮,求解器采用有限差分法计算二维稳态热传导,网格密度128×128
  3. 观察中心区域温度分布、最大温差梯度和热流指标,验证傅里叶热传导定律q=-k∇T的数值解

具体计算示例

铝板(k=237 W/m·K)100mm×100mm的二维传导:左边界100℃、右边界20℃、上下边界绝热(对称边界)。模拟结果显示中心温度约60℃,最大温差为80℃,沿x方向的温度梯度为800℃/m,计算热流密度q=237×800=189.6kW/m²。若改为钢板(k=50 W/m·K),同样条件下热流密度降至40kW/m²,温度分布曲线更加陡峭。

实务注意事项

  1. 边界偏置参数用于模拟非对称几何,如电子芯片散热时热源偏离中心的情况
  2. 当四个边界温度接近时(如都设为50℃),中心温度收敛至50℃,最大温差趋于零,验证热力学平衡状态
  3. 实际应用中需根据材料导热系数调整边界条件,铜(k=400 W/m·K)散热远优于陶瓷(k=2 W/m·K)
  4. 模拟假设材料均质、无内热源、稳态条件,动态过程需增加时间步长维度