Simscape仿真基础知识热传导模块介绍——conductive heat transfer

Simscape是一款功能强大的多物理域数值仿真建模工具。利用该工具，企业可以方便地实施节能技改事前分析与事后论证技术分析，也可用其进行工艺优化和参数调试等工作。咨询机构也可以将其视为一种有力的分析工具，在日常工作中提高工作效率。

由于Simscape物理模型的搭建是建立在多个模块组合的基础之上，本文先从基础模块介绍开始，逐步展开该软件工具的介绍。随后将陆续深入分析介绍模块的应用和用能模型搭建的方法。

1、模块介绍

在Simscape中，热传导模块的样子如图1所示：

在该模块中嵌入了固体热传导的计算方法，用以分析计算同一固体物质两个层面之间的热传导，热传导过程的控制方程为傅里叶导热定律（Fourier’s law of heat conduction）。

2、内嵌算法

标准数学形式的傅里叶导热定律表达式为：

该式中，Φ是热量；λ是既定固体材料的导热系数；A是单位导热面积；∂t/∂x是物体沿x方向上的温度变化率。负号代表热量传递方向与温度升高方向相反。

模块中嵌入的傅里叶导热定律表达式为：

在以上公式中：

Q is the heat flow.Q是热流量。

k is the thermal conductivity of the material.k是材料的导热系数。

A is the area normal to the heat flow direction.A是垂直于热流方向的面积。

D is the distance between layers, that is, the thickness of material.D是导热层之间的距离，或者材料的厚度。

T_A is the temperature of layer A.A层温度。

T_B is the temperature of layer B.B层温度。

（T_A -T_B）是导热层两端的温差。

3、参数控制

在simscape建模窗口中双击该模块，可以得到以下界面，界面中，您可以设定相关参数，并设置初始变量值，当参数和初始变量值设定好以后，模型就可以按照内嵌的算法进行计算分析工作了。

从图2参数界面，我们可以设置热传导的面积（area），也就是界面（截面）的面积A。也可以设定热传导发生的固体物质的厚度（thickness）也就是D。也可根据既定物质查询导热系数，在对话框中填写如导热系数（thermal conductivity）。目前下图中已经填入对话框的数值是系统默认值。最右边一列是各参数的单位，均为国际单位。

图2 conductive heat transfer模块参数设定界面

开始模拟前需要预先设置起始目标和变量，这些可以通过模块对话框和属性面板进行设置。如图3。

图3 conductive heat transfer模块初始变量设定界面

如果清除变量名旁边的Override复选框，则其Priority、Beginning Value和Unit字段将切换回组件文件中指定的默认值。但是，如果再次选中复选框并填写入新的数值，模型将运行最后指定的数值，而不是默认值。在仿真时，往往会接入高温和低温热源，也会提供参考模块，这里使用默认值即可。

4、仿真举例

仿真举例，可详见铁棒传热仿真案例专辑。