Amesim示例篇-案例1：空间中的铝块散热

前言

本文将通过一个案例继续对Thermal库的元件进一步讲解。
案例1：一个300mm*300mm*1000mm（长*宽*高）的铝板初始温度为45℃，竖直在环境为25℃的空间内静置60min。对流换热系数设置为5W/m2·K。本文将通过两种建模方法对铝块的温度变化进行对比。假设，铝块底部与地面接触为绝热，通过侧面与顶面与空气进行换热。

方案一：单一铝块散热模型

如图1所示，在草图中建立模型如下。

模型搭建结束后进入子模型选择界面。如图2所示，进入子模型界面后，高亮的元件均需要进行子模型选择。也可以通过左上角的“Premier submodle”命令自动选择后，手动进行调整。

如图3所示，点击“Premier submodle”命令自动选择模型后，材料默认的为Al，若需要更改材料也可通过右下角的参数模块进行更换材料，或自定义材料。若想更改材料的属性则需要自定义材料，如图4所示。

同理选中质量块元件右键，通过“Set Submodle”对部件的子模型进行修改。

子模型设置结束后，进入参数界面。首先对质量块的参数进行设置。已知铝块的体积，因此本文中质量块的选择体积输入参数。

（注意：在Amesim中，输入发热数值可以用计算式代替，软件会自动计算。如示例铝块的体积是0.09m3，也可以输入0.3*0.3*1。）

如下图7所示。由于本文中只涉及到了一种材料，材料的编号也是1.所以质量块对应的材料编号未做更改。若存在多种材料需要注意材料编号与质量块对应的材料编号需要一一对应。同时输入初始温度45℃。在Amesim中一个圈里面一个#表示为初始条件。

顶面对流换热类型选择“generic geometry with imposed heat exchange coefficient”。输入顶面的换热面积、流体温度与对流换热。同理侧面的两个对流换热类型与顶面保持一致，同样输入该3项参数。需要注意的是此处的对流换热面积分配问题，由于本示例的铝条四个侧面是面积相等的，本文按照平分处理（如图9所示）。

在Amesim中若两个元件的参数相同可以通过复制粘贴的方式，使两个元件的参数一致。如下图10、图11所示。

如下图12所示，需要注意的是，完成对流换热类型的设置后，元件的图标是发生变化的。不同的类型对应的图标也会有些许的差异。

至此，基本的元件参数设置已经完成。接下来进入计算界面。如下图13所示，进入计算界面前会对创建的模型进行编译，若模型存在代数环等问题也会提示。当左上角出现绿色的对号，则表示编译完成。直接点击“close”关闭该界面即可。

进入计算界面后，首先对计算参数（Run Parameter）进行设置。Start time为计算开始时间，一般默认为0s；Final time为计算的总时间，本文是铝块静置60min，因此设置为3600s；Print interval是数据打印频率，本文是设置为1s。其他保持默认，单击“OK”完成设置。如下图14所示。

完成计算参数设置后，开始计算。计算进度条显示100%则完成计算。

通过计算可知，单一质量块建模的方式下，一个300mm*300mm*1000mm（长*宽*高）的铝板初始温度为45℃，竖直在环境为25℃的空间内静置60min。对流换热系数设置为5W/m2·K。温度从45℃降至43.0151℃。

此处需要注意的是，质量块的温度计算均为平均温度。

方案二 将铝块离散成两个质量块

具体的建模方法与方案一一致。只是铝块的体积平均分成2块，两个质量块之间通过热传导元件连接，如下图17所示。同理侧边的对流换热元件中的换热面积平均分配置四个对流换热元件中。其余保持一致，继续计算。

计算结果如下，质量块1温度42.9709℃，质量块2温度43.0597℃。由于质量块1的上表面换热，所以温度会低于质量块2。
两个质量块的平均温度为（42.9709+43.0597）/2=43.0153。该温度与方案1的计算结果43.0151℃基本一致。

同理可以离散成3个质量块，计算结果为43.0154℃。

小结

Amesim1D仿真，对于温度只能计算体平均温度，无法得到体的温度差异。若想计算物体的温差，需要将物体进行离散，自然离散的越细，得到的结果越真实。同时，这样也会带来计算困难的或无法计算的问题。例如动力电池的温度场仿真，此时需要通过系统的温差来指导设计，那么此时选择1D计算明显不合适。对于1D温度场的仿真可根据实际的工程应用进行选择使用。