Simcenter 3D系统空间热分析介绍

Simcenter 3D系统空间热分析介绍

作者:周涛   审校:冒小萍

适用版本:NX/Simcenter 3D 11.0以上版本

随着技术的进步, 航天器的“功能密度” 日益提高,需要以更小的重量、 尺寸和成本实现更复杂的任务, 小型化是以卫星为代表的航天器的一个重要发展方向。 但由于卫星重量轻、 体积小的特点, 设计将面临高热流密度和低热惯性等困难。卫星的热控制与热分析技术向新的方向发展,对快速设计卫星产品有着重要意义。

航天器产品的热控制与热仿真与其它产品的热仿真相比,存在一定的复杂性,一、宇宙空间是真空状态,热工况非常极端;二、宇宙空间热存在某种周期性。

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图一 空间热仿真场景

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图二 轨道参数

Simcenter 3D中的空间系统热仿真功能采用了基于有限体积法的热传导仿真技术,能够对太阳系中不同轨道上的航天器产品进行精确的热仿真。Simcenter 3D空间系统热仿真技术目前已被全球主流的航天机构认可并采用,它主要有以下几大技术特点与优势:

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包含完整的太阳系恒星与行星的运行轨道参数,并实现轨道可视化。轨道可视化工具是一个丰富的工具,用于可视化和验证轨道和模型设置。仿真结果可以覆盖到可视化工具中的模型上。因此,现在可以观察在轨道运行期间热特性的演变。例如,你现在可以看到热点在轨道的什么地方出现。

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拥有强大的热力学建模功能。热在模型中传递主要通过对流、辐射、热传导三种方式,基于这三种建模方式,Simcenter 3D还提供快捷的热耦合技术,用于模拟复杂模型的热传递;利用多层壳可以对航天器产品的壳体或者太阳能电池板进行精确的结构形状建模;可以更好地管理仿真模型的热光学特性。允许用户创建和维护一个可以根据需要使用和更新的热光学特性的中央存储库。这大大减少了数据输入错误,并确保用户在创建模型时能够访问和使用相同的信息。

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图三 热仿真建模

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世界一流的求解器求解技术。对于热辐射的仿真来说,计算量有时是惊人的。随着模型的复杂程度的增加,视角因子的计算量呈几何级数增加。Simcenter 3D采用专用和更先进的线性、非线性稳态和瞬态传热求解器,结合高性能运算(HPC),解决热仿真大规模计算的问题。在计算过程中,求解的效率的提升与硬件核数的增加接近线性关系,充分调用硬件资源对计算的支持。

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图四 热求解器计算效率

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