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熱伝導解析で求解している微分方程式

Cv: 容積比熱(比熱と密度の積)

θ: 温度

q : 熱流束

Q: 発熱密度

λ: 熱伝導率

 

 

Wattソルバは与えられた発熱密度Qや境界条件を前提として、上記(1)(2)式を満たす温度θ、熱流束qの分布を求めています。

 

(1)(2)式の内容は下記の通りです。

 

(1)式  : 容積比熱Cvの固体の中で成立する熱量保存則

(2)式  : 熱伝導率λの固体の中で成立するフーリエの法則

 

 

求解する支配方程式

 

Wattソルバは、(1)(2)式を直接求解するわけではありません。

(1)(2)式をまとめることによって得られるθに関する下記熱伝導方程式(3)をを求解します。

 

 

Cv: 容積比熱(比熱と密度の積)

θ: 温度

λ: 熱伝導率

 

定常解析においては(3)式の左辺をゼロとして求解します。

 

過渡解析においては(3)式の時間微分を離散化して完全陰解法によって求解します。

 

(3)を解くことによって得られた温度θから、(2)式を用いて熱流束qを計算します。

 

 

Wattソルバは与えられた境界条件が満たされるように(3)を解きます。

代表的な境界条件の取扱いを下記します。

 

温度指定の境界条件 : 指定された温度θがその境界上に設定されます。

断熱の境界条件    : 熱流束q (-λ∇θ)の境界法線方向成分がゼロ。

熱流束の境界条件  : 熱流束q (-λ∇θ)の境界法線方向成分が指定値に設定されます。

 

 

熱伝達・対流や輻射の境界条件を用いることで「⊿θ(表面温度θと環境温度θroomの差)と放熱量(熱流束の境界法線方向成分の符号を反転させたもの)の関係」を設定することもできます。