Analyze Thermal Effects
with the Heat Transfer Module


Heat Transfer Modeling Software for Advanced Simulation

COMSOL Multiphysics® 플랫폼의 추가 제품인 Heat Transfer 모듈을 이용하여 전도, 대류 및 복사에 의한 열전달을 분석합니다. Heat Transfer 모듈에는 열적 설계 및 열적 부하의 영향을 조사하기 위한 포괄적인 기능들을 포함하고 있습니다. 사용자는 장치, 구성 요소에 대한 모델링이나 건물 전체에서의 온도 분포 및 열 유속을 모델링 할 수 있습니다. 소프트웨어에 포함된 다중 물리 모델링 기능을 통하여 쉽게 여러 물리 효과를 연동하면 시스템 또는 디자인의 실제 현상을 가상적으로 살펴볼 수 있습니다.

쉘-튜브 형태의 열교환기를 통해 흐르는 서로 다른 온도을 가진 2개의 분리된 유동 모델

쉘-튜브 형태의 열교환기를 통해 흐르는 서로 다른 온도을 가진 2개의 분리된 유동 모델



Specialized Features for Heat Transfer Analyses

Conjugate Heat Transfer and Nonisothermal Flow

Heat Transfer 모듈에는 복합 열전달 및 비-등온 유동 효과를 모델링하는 기능이 있습니다. 이러한 기능들은 예를 들어 열 교환기나 전기적 냉각, 에너지 절약 등을 모델링 하는데 사용될 수 있습니다.

층류와 난류 모두를 지원하며, 자연대류 및 강제 대류를 모델링 할 수 있습니다. 이러한 기능은 압력 작용이나 점성 소산이 온도 분포에 미치는 영향을 계산할 수 있게 합니다. 난류는 k-ε, 낮은 레이놀즈 k-ε, 대수 yPlus 혹은 LVEL 난류 모델과 같은 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS)모델을 사용하여 모델링 할 수 있습니다. CFD모델과 결합할 경우 realizable k-ε, k-ω, 전단 응력전달(SST), v2-f 및 Spalart-Allmaras 난류 모델 역시 사용 가능합니다.

유체-고체 계면에서의 온도 전이는 유동 모델에 따라 연속성, 벽 함수, 자동 벽 처리기능을 통해 자동으로 처리 됩니다. 자연 대류는 중력 기능을 활성화하여 쉽게 설명될 수 있습니다.

Thin Layers and Shells

Heat Transfer 모듈에서는 계산상 효율적이면서도 정확하게 얇은 layer 및 shell에서의 열전달을 모델링 할 수 있도록 특별한 기능을 제공하고 있습니다. 이러한 기능들을 쓰면, 사용자는 모델의 나머지 부분보다 기하학적으로 훨씬 얇은 layer에서의 열전달을 조사할 수 있으며, 이러한 layer의 두께에 대하여 메시를 생성할 필요가 없습니다.

Thermally thin shell 모델은 열전달에 대한 layer의 기여도가 주로 접선 방향으로 일어나고, layer 측면 간의 온도 차이가 미미한 상황에서 높은 열전도성을 가진 재료에 사용됩니다. 반대로, thermally thick 모델은 shell의 수직 방향에서 열 저항으로 작용하는 전도성이 낮은 재료를 표현할 수 있습니다. 이 모델은 두 layer 사이에서의 온도 차를 계산합니다. 마지막으로 General 모델은 완전한 열 방정식을 포함하는 고 정밀의 범용 모델을 제공합니다.

Thin layer 기능은 일반 도메인 모델과 유사한 열적 부하를 지원합니다. 특히, 열원과 흡수원을 layer에 정의 할 수 있으며, 열적 플럭스와 표면-표면 복사역시 shell의 양쪽 면에 정의할 수 있습니다.

Surface-to-Surface Radiation

Heat Transfer 모듈은 radiosity 방법을 통해 2차원, 2차원 축대칭 및 3차원 형상내의 확산면에서 표면-표면 복사를 모델링 합니다. 표면 특성은 온도, 복사 파장 또는 모델의 다른 조건들에 의하여 달라질 수 있습니다. 투명도 속성은 각 스펙트럼 밴드(최대 5개의 밴드 지원)에 대해서도 정의할 수 있습니다.

미리 정의된 설정은 짧은 파장(태양의 스펙트럼 밴드)의 표면 흡수율이 더 긴 파장(주변 스펙트럼 밴드)의 표면 방사율과 다를 수 있는 태양 및 주변 복사에 사용할 수 있습니다. 덧붙여서, 태양 복사 방향은 지리적 위치 및 시간으로 정의할 수도 있습니다.

뷰 팩터는 hemicube나 direct integration area 방법을 사용하여 계산할 됩니다. 효율적인 시뮬레이션 계산을 위해 대칭의 평면 혹은 섹터조건 역시 정의할 수 있습니다. 움직이는 프레임과 결합하여 사용할 경우, 표면-표면 복사 인터페이스는 기하학적 변형이 있을 때 뷰 포인트를 자동으로 업데이트 합니다

Phase Change

Heat Transfer 모듈을 사용하면, 열전달 해석에서의 상 변화를 쉽게 적용할 수 있습니다. Phase Change Material 노드는 상 변화를 설명하기 위하여 증명된 열용량 공식을 사용합니다. 이것은 moving mesh를 사용하여 부피 변화를 모델링하는 기능을 포함하여, 상 변화의 엔탈피와 재료 속성의 변화를 설명합니다.

COMSOL® 소프트웨어의 응용 프로그램 라이브러리에는 변형된 기하학 인터페이스와 스테판 에너지 균형 조건을 사용하여 두 상이 변화하는 단계에서 프론트의 속도를 계산하는 튜토리얼 모델을 포함하고 있습니다.

Conduction, Convection, and Radiation Analyses

Heat Transfer 모듈은 열전달의 세 가지 유형을 자세히 연구하고 COMSOL Multiphysics® 시뮬레이션 플랫폼을 이용해 가능한 분석을 확장하는 데 사용할 수 있습니다.

전도

어떤 재료에서 전도를 설명하기 위해서 열 전도도를 등방성 혹은 이방성으로 정의할 수 있으며, 열 전도도는 상수나 온도(혹은 다른 어떤 모델의 변수)의 함수 형태로 표현할 수 있습니다.

대류

열전달 시뮬레이션에서 유체의 움직임을 고려하세요. 압력에 의한 작용; 점성 소산; 을 사용하여 강제대류(혹은 자연대류)를 모델링하는 기능을 사용할 수 있습니다. 자연대류는 Single-phase Flow 인터페이스에서 중력 옵션을 선택할 경우 자동적으로 모델링 됩니다.

복사

Heat Transfer 모듈을 사용하면 Rossland 근사 P1 기법이나 개별 좌표 방법(Discrete ordinate method)를 사용하여 참여 media에서의 복사뿐만 아니라 radiosity 방법을 통한 표면-표면 복사를 모델링 할 수 있습니다. 또한 Beer-Lambert 법칙을 사용하여 media 방사선을 흡수하는 방사형 빔을 모델링 할 수 있으며, 다른 형태의 열전달과 그 효과를 결합할 수 있습니다.

전도 및 복사를 설명하는 전구에서의 자연 대류 모델

전도 및 복사를 설명하는 전구에서의 자연 대류 모델

What You Can Model with the Heat Transfer Module

열전달이 주요 관심 분야이건, 더 크고 복잡한 분석의 일부이건 간에 여러 물리적 효과를 한꺼번에 처리해야 할 가능성이 큽니다. COMSOL® 소프트웨어의 다중 물리 모델링 기능을 사용하면 하나의 시뮬레이션 환경에서 완벽하고 철저한 분석을 수행할 수 있습니다. 이 직관적인 모델링 및 시뮬레이션 접근 방식은 열전달 및 응용 프로그램에 포함 된 모든 물리적 현상을 설명하는데 사용할 수 있습니다. 이 직관적인 모델링 및 시뮬레이션 접근 방식은 열전달 및 응용 프로그램에 포함된 모든 물리적 현상의 설명에 사용될 수 있습니다.

다음 어플리케이션을 탐색하여 COMSOL® 및 Heat Transfer 모듈로 분석하고 시뮬레이션 할 수 있는 작은 샘플들을 살펴보십시오.