工程上存在許多複雜的熱力學問題，如耐火材料的熱強度、極端熱環境下結構熱防護、雷射脈衝相關的高熱流及瞬態衝擊、航太結構熱變形熱防護、電子電路的熱疲勞、微電子封裝以及製造業焊接帶來的殘餘應力、工業生產中的鍛造構成等。星派模擬團隊在開放式結構有限元素分析子系統的基礎上，研發了傳熱及熱耦合問題的分析模組，本文將透過物理實驗驗證所研發程序的正確性和有效性。
模型說明
本文工作採用304和310s兩種金屬材料板進行的熱傳導實驗，材料參數請見下表。
實驗採用3個溫區進行加熱，如圖1所示。熱電偶的佈置如圖2所示，圖中的k1、 K2 、k3表示3個溫度控制點，c1、 C2 、 c3 、c4、c5、c6、c7、c8、c9分別表示9個測溫點。
圖1 溫區劃分示意圖
圖2 溫控點和測點的位置圖
SiPESC平台使用如圖3所示網格進行熱傳導模擬模擬，單元數量為101577，節點數量為133392，模型整體網格均勻，沒有對模擬結果產生較大影響的最小邊、翹曲和雅可比等質量問題。
圖3 地面模型網格數據
溫度邊界說明
實驗時，將板分為3個均勻加熱區，並依照圖4所示的振幅變化曲線施加熱流值，其中溫區2和溫區3施加相同的熱流。加熱總時長設為180s。
（a）溫區1
（b）溫區2和3
在模擬分析過程中，考慮到分區隔板的影響，在溫區1、2、3之間以及兩側的熱流值進行調整。即傳熱分析中對模型的熱流區域分為四類，四個區域進行熱邊界的加載，模型為對稱模型，熱流密度加載區域為對稱區域，如下圖5所示：
圖5 傳熱模型面熱源載入區域
模型初始溫度為攝氏25度，熱流密度數值隨時間變化，如下表3所示：
304材料驗證
使用SiPESC平台求解所得的結果溫度雲圖如下圖6所示：
圖6 304材料傳熱分析溫度雲圖
SiPESC平台與實驗隨時間變化的溫度結果曲線比較如下：
304材料SiPESC和實驗隨時間變化的溫度結果曲線對比
測點：K1
測點：K2
測點：K3
測點：C1
測點：C2
測點：C3
測點：C4
測點：C9
310s材料驗證
使用SiPESC平台求解所得的結果溫度雲圖如圖7所示：
圖7 310s材料傳熱分析溫度雲圖
SiPESC平台與實驗隨時間變化的溫度結果曲線比較如下：
310材料SiPESC和實驗隨時間變化的溫度結果曲線對比
測點：K1
測點：K2
測點：K3
測點：C1
測點：C2
測點：C3
測點：C4
測點：C9
結論
SiPESC平台可以解決包括傳導、對流、輻射在內的傳熱問題，並真實地模擬各類邊界條件，建立各種複雜的材料和幾何模型，模擬熱控系統，提供適於穩態和瞬態熱分析的線性、非線性求解演算法，非線性功能可根據選定的求解演算法自動優選時間步長。本文中案例介紹了SiPESC熱傳導分析功能，並透過實驗與模擬分析資料對比，驗證了SiPESC熱傳導模擬分析的正確性。
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