超簡單模擬：熱分析

本文的來源，是在進行長時間燒機時，馬達本體的溫度為45度，但在遠離馬達的機台組裝面上，反而量到50度，因此進行模擬確認；最終也確認是機台本體有其它的機械磨擦產生熱源所造成的。

步驟1：開啟Simulation功能

開啟圖檔後，點選SolidWorks Simulation的圖示。因Simulation為附加功能，在初始設定的系統中非常態掛載，需要額外啟動，才會跳出對應的功能列。跳出後，再點選Simulation功能列，才能開始設定新研究。

步驟2：新研究設定

在Simulation中，其實有很多種不同的模擬分析種類。而本專案的題目是熱分析，選擇"熱"模擬種類後，點選綠色勾勾，即可進行下一步。

研究建立完成後，會產出研究列表，其中包括零件、連接、熱負載、網格，這四項參數。只需要依序設定與執行，即可得到模擬成果。

步驟3：填入參數

在物件上要做的工作，其實就是幫它選材料。於物件名稱上，點滑鼠右鍵，就會跳出材料選項。SolidWorks本身已內建許多材料庫，可以直接選用。以本案來說，主要是鋁與矽鋼片。一但材料設定完成後，就會在物件名稱旁邊，多了材料名稱，方便使用者辨識。

在來需要確認各零件的連接狀態，於零組件接觸上，點選滑鼠右件，即可填寫接觸組參數。接觸組即是要定義兩零件的接觸面及熱阻力，需於藍色及粉紅色框中分別點選兩零件的接觸面，之後於下方的熱阻力中填寫數值。由於本案一開始的描述十分特別，最熱處是遠離熱源的，因此筆者假設零件間完美接觸無熱阻力，熱能直接傳遞給週邊的零件，因此熱阻力值都填"零"。這樣唯一影響熱傳導的只有材料因素，還有體積轉化的熱容量。筆者本來是懷疑前蓋有較大的體積及熱容量，因此造成熱累積在前蓋，才產生比較高的溫度。

在選則接觸面時，可能會被其它零件遮住，則可將滑鼠移到零件上，點選右鍵將其隱藏。而要再次顯示時，無法直接從圖形中找到零件，必須直接到零件列表中一樣使用滑鼠右鍵跳出選項，使零件重新顯示。

熱負載是此Simulation最重要的部份，除了給定熱源外，主要是針對熱傳的型式做設定。基本熱傳的設定有三種 1. 熱傳導 2. 熱對流 3.熱輻射。基本上前面的選擇材質及接觸面，填寫熱阻力值，這些工作就是在處理"熱傳導"；而熱對流及熱輻射都在此設定。此外，熱輻射雖然存在，但佔比太低，基本上不是特別高溫的情境，大多可以忽略。

在此時您可在某一零件或是某一面設定溫度，做為熱源給定的方式。但由於筆者模擬的標地是馬達，它是用功率來定義溫度的影響，因此在這是用熱功率於矽鋼片處設定，並給定12W的熱功率值。

熱源給定後，再來就是熱對流，最基本的想法，就是零件有接觸到空氣的部份都可以設定。於藍色框中點選圖中會與外部空氣接觸的面，給定對流系數，若是一般的自然對流，大約是20 W/m^2.K；若是有外部風扇在吹，則會應在200 W/m^2.K 以內。另外要注意，K為溫度符號，是指克耳文（Kelvin，K），基本上就是從絕對零度(-273度)開始計數的描述方式。因此室溫25度時，若用K表示，就是273 +25 = 298。

如此，熱源、熱傳導及熱對流的部份都設定完成，熱輻射先忽略，就可進入網格設定。用滑鼠右鍵，點選產生網格即可。老實說，網格的設定很關鍵，會直接影響數據的正確性，也影響模擬的時間。因此在簡單物件上，就把網格設定密一點，也不會耗費太多模擬時間。複雜的物件，就要針對主受力區域，設定較密的網格，而遠離受力位置，就盡量鬆散，可簡少運算的時間。

SolidWorks提供了簡化的設定辦法，用拖拉的方式設應，基本上就是拉到細就對了；因對應到Ansys這類更專門的軟體來說，SolidWorks的細，仍然太粗。設定好後，同樣點選綠色勾勾，此時電腦就會開始產生網格。

步驟4：執行模擬運算

當網格完成後，點選執行此研究，就會開始進行模擬分析。完成後即會產出模擬成果。由結果可得知，雖然前蓋有較大的體積，但鋁材是更為容易將熱對流至空氣當中，而與空氣的接觸面積又大，不會造成龐大的熱堆積，因此前蓋的溫度仍會低於熱源處的溫度。

步驟5：成果展示

可挑選不同的物理量來顯示模擬成果，僅需於想看的物理量上使用滑鼠右鍵，點選顯示即可。若對於圖表內的單位、數字表示方式、顏色及範圍想要更改的話，都可於圖表選項中進行修改。

重點整理：

本模擬實際耗費的時間，在10分鐘以內；但之所以能如此簡化，是因模擬的目標是針對前蓋是否有可能堆積較高的溫度，而非真實物理狀態現象。

模擬只是工具，重要的仍是使用者的知識背景。