L’analisi termica FEM è una tecnica di simulazione che consente di studiare la distribuzione della temperatura e del flusso di calore all’interno di un prodotto o di un sistema. ANSYS è un software di analisi multifisica che offre una vasta gamma di strumenti di analisi termica, tra cui analisi stazionarie e transitorie, analisi di conduzione, convezione e radiazione termica, analisi di dissipazione di calore, analisi di interazione termico-strutturale e molte altre.
In questo articolo, vedremo come sfruttare le potenzialità di ANSYS per effettuare un’analisi termica FEM.
Quali sono le fasi per effettuare un’analisi termica FEM
- Definire il modello: creare un modello 3D del prodotto o del sistema da analizzare utilizzando il modulo di modellazione di ANSYS. Il modello deve includere tutte le componenti del prodotto o del sistema e deve essere definito con precisione.
- Definire le proprietà dei materiali: definire le proprietà dei materiali utilizzati nel modello, come la conducibilità termica, il calore specifico e la densità. Queste proprietà sono importanti per la simulazione termica, poiché influenzano il modo in cui il calore si propaga all’interno dei solidi.
- Definire le condizioni al contorno: definire le condizioni al contorno per l’analisi termica, come la temperatura iniziale, i flussi di calore o le condizioni di raffreddamento. Queste condizioni al contorno influenzano il modo in cui il calore viene generato o dissipato nel modello.
- Generare la mesh: generare la mesh, ovvero la suddivisione del modello in elementi finiti. La qualità della mesh è importante per la precisione dell’analisi, poiché influisce sulla precisione dei risultati.
- Definire il tipo di analisi termica: scegliere il tipo di analisi termica da effettuare, ad esempio un’analisi transitoria, un’analisi stazionaria o un’analisi di raffreddamento. Il tipo di analisi dipende dall’obiettivo dell’analisi termica e dalle condizioni operative del prodotto o del sistema.
- Eseguire l’analisi termica: eseguire l’analisi termica utilizzando il modulo di analisi di ANSYS. Durante l’analisi, ANSYS calcola la distribuzione della temperatura nel modello e fornisce una serie di risultati termici, come la temperatura massima, la distribuzione di temperatura e il flusso di calore.
- Analizzare i risultati: analizzare i risultati dell’analisi termica utilizzando gli strumenti di visualizzazione e analisi di ANSYS. Questi strumenti consentono di visualizzare la distribuzione della temperatura nel modello, di analizzare i risultati termici e di identificare eventuali problemi o aree di miglioramento nell’efficienza termica del prodotto o del sistema.
Quali sono i vantaggi di ANSYS per l’analisi termica FEM
Ci sono diversi vantaggi nell’utilizzo del software rispetto ad altre soluzioni. Ecco alcuni di questi:
- Ampia gamma di capacità di simulazione: ANSYS offre una vasta gamma di strumenti di simulazione termica, tra cui analisi stazionarie e transitorie, analisi di conduzione, convezione e radiazione termica, analisi di dissipazione di calore, analisi di interazione termica-strutturale e molte altre.
- Precisione e affidabilità dei risultati: utilizza metodi avanzati di analisi numerica basati sugli elementi finiti, che consentono di ottenere risultati di simulazione termica molto precisi e affidabili. Inoltre, ANSYS fornisce anche strumenti di validazione e verifica per garantire che i risultati della simulazione siano accurati.
- Interfaccia utente intuitiva: consente agli utenti di creare modelli, definire le condizioni di analisi e visualizzare i risultati in modo rapido e semplice.
- Flessibilità: ANSYS offre la possibilità di integrare l’analisi termica con altre analisi multi-fisiche (ad esempio, la meccanica strutturale o la fluidodinamica computazionale) per modellare sistemi complessi.
- Scalabilità: è in grado di gestire modelli di simulazione termica complessi su grandi cluster di calcolo o su cloud computing, garantendo la scalabilità per soddisfare le esigenze di progetti di grandi dimensioni.
- Supporto tecnico: consente agli utenti di risolvere rapidamente eventuali problemi e di utilizzare il software in modo efficace.
Come integrare l’analisi termica con altre analisi multi-fisiche
C’è la possibilità di integrare l’analisi termica con altre analisi multi-fisiche, come la meccanica strutturale, la fluidodinamica computazionale (CFD) e l’elettromagnetismo. Questo consente di modellare sistemi complessi in modo più accurato e completo, considerando gli effetti termici insieme ad altri fattori fisici.
Analizziamo, per esempio, i vantaggi dell’integrazione dell’analisi termica con la fluidodinamica computazionale (CFD). Essa offre diversi vantaggi per la progettazione di sistemi che coinvolgono il trasferimento di calore attraverso fluidi seguendo alcuni passaggi:
- Considerazione degli effetti della convezione: l’integrazione dell’analisi termica con la CFD consente di considerare gli effetti della convezione sul trasferimento di calore. Questo è particolarmente utile per la progettazione di sistemi che coinvolgono il raffreddamento di componenti elettronici o di motori, dove la convezione forzata può avere un impatto significativo sulla dissipazione di calore.
- Considerazione degli effetti della turbolenza: la CFD consente di considerare gli effetti della turbolenza sulla distribuzione della temperatura e del flusso di calore all’interno di un sistema. Questo è particolarmente utile per la progettazione di sistemi che coinvolgono flussi turbolenti, come ad esempio l’aria all’interno di un sistema di raffreddamento.
- Definizione accurata delle condizioni al contorno: l’integrazione dell’analisi termica con la CFD consente di definire in modo accurato le condizioni al contorno per l’analisi termica, come ad esempio la temperatura dell’aria in ingresso, la velocità del flusso e le condizioni di raffreddamento. Questo è importante per ottenere risultati precisi e affidabili dall’analisi termica.
- Possibilità di ottimizzazione del sistema: l’integrazione dell’analisi termica con la CFD consente di ottimizzare il sistema per ottenere una dissipazione di calore più efficiente. Ad esempio, è possibile modificare la geometria del sistema o la distribuzione dei flussi di aria per migliorare la dissipazione di calore.
- Progettazione più efficace: l’integrazione dell’analisi termica con la CFD consente di ottenere una progettazione più efficace, riducendo il rischio di problemi di surriscaldamento o di malfunzionamenti del sistema.
