femap-thermal

Femap/Thermal および Femap/Advanced Thermal は、有限差分法熱解析ソルバーであるTMG(Thermal Model Generator) を Femap と連携できるようにした製品です。

TMG は広範囲な熱現象を解析する有限差分法熱解析プログラムです。 TMG を利用して熱伝達問題に関する伝導、 対流、 輻射、および相転移を解析することができます。 TMGは Femapで
作成された有限要素モデルを有限差分モデルに変換し、効率的に定常熱伝導解析または過渡熱伝導解析を行うことができます。

Femap/Thermal の機能

Femap/Thermal は Femap 専用の汎用熱解析モジュールです。このモジュールでは、 以下の熱伝導 / 熱伝達に関して定常 / 過渡の両方を扱うことができます。

機能 詳細
熱伝導 固体内部での熱伝導を取り扱うことができます。 熱伝導率や比熱、 密度などの温度依存性も扱えます。 さらに相転移や異方性のある熱伝導材料などが取り扱えます。
熱結合 節点がつながっていない二つのメッシュ間に接触熱伝導や熱輻射結合などを定義することができます。 要素の位置関係を自動的に考慮して、要素ごとの熱結合の度合いを割り振ることができる便利な機能です。 この機能は、たとえばサーマルコンパウンドなどの熱コンダクタンスを考慮する場合や多層断熱材 ( MLI)の内外面の有効熱放射率をモデル化する場合に大変便利です。
自然対流熱伝達 テーブルや公式の形で対流境界条件を与えることができます。
形態係数計算と熱輻射伝導 散乱面のみであれば、 形態係数を計算し熱輻射リンクを算出することができます。 熱的に相互に独立な複数のサブモデルが存在していても、 同時に処理することができます。形態係数のソルバーは、標準的な遮蔽チェックを伴う Nusselt 半球法と線要素の場合に使用される厳密な積分計算が利用できます。 熱輻射リンクの計算には Oppenheim 法、Gebhardt 法が選択できます。
非形状リンク生成機能 構造モデルで表現しにくい熱リンクのモデル化や調整のために、形状によらない直接熱リンクを定義できます。 この熱リンクはたとえば、ヒートパイプや容量の大きな熱源に接している部分のモデル化などに便利です。
境界条件 熱解析モデルの境界条件には温度、 さまざまな熱負荷、 表面あるいは体積の熱流および初期温度などがあります。 これらの境界条件を一定あるいは時間の変数として定義することができます。 ヒステリシスを考慮した サーモスタット を定義することも可能です。
インターフェイス Femap とシームレスに統合されます。 GUI 上、追加されるのは Thermal 用のアイコンパネルだけです。 TMG プリミティブを ESARAD,TSS, あるいは Thermica へエクスポートしたり、その逆にインポートしたりできます。

Femap/Advanced Thermal の機能

Femap/Advanced Themalは Femap専用の追加汎用熱解析モジュールです。 Advanced Thermalは Thermal と組み合わせた上で、Femap/Basic, Femap に対してアドオンとしてご利用いただけ
ます。

本モジュールでは、以下の熱伝導 / 熱伝達に関して定常 / 過渡の両方を扱うことができます。

機能 詳細
形態係数計算と熱輻射伝導 散乱面と規則反射面、およ び透過を考慮して 双方向レイトレーシングや形態係数の計算を行い、 熱輻射リンクを算出することができます。
二次要素を使用することで、二次曲面による輻射の反射による集中や拡散もモデル化できます。
熱的に相互に独立な複数のサブモデルが存在していても、 同時に処理することができます。 

形態係数のソルバーは、標準的な遮蔽チェックを伴う Nusselt 半球投影法と線要素の場合に使用される厳密な積分計算のほか、  OpenGL アクセラレータのハードウェア機能を利用した非常に高速なHemicube法も利用できます。 

Hemicube法は精度管理が困難なのですが、従来の計算方法に比べて数十倍から数百倍もの処理速度を持ちます。
熱輻射リンクの計算には Oppenheim 法、Gebhardt 法が選択できます。 煩雑になりがちな人工衛星や人工惑星の軌道モデリングに関して 、 わかりやすい視覚的フィードバックを与えます。 さらに太陽光、惑星赤外、およびアルベドなど軌道熱環境の他、ハロゲンランプのような純粋な輻射熱源による加熱も解析可能です。

通電による発熱 電子回路などの実装設計において、 境界条件として電位を与え、半導体部品のジュール発熱を求めることができます。
モデルの縮退 複雑なモデルを熱解析の結果に基づいて簡略化し、新たに熱モデルとして再構成することができます。
詳細モデルと縮退モデルの間の関係を保持しているので、縮退モデルで熱計算後、温度分布を詳細モデルにマッピングする機能もあります。

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