ANSYS熱力分析

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1、第六章熱分析383第六章熱分析本章要點：l熱分析的基礎知識，即熱分析的特點、ANSYS熱分析的主要類型及熱載荷/邊界的定義。l穩(wěn)態(tài)傳熱的基礎知識，熱分析單元及穩(wěn)態(tài)傳熱分析的主要步驟及每步分析中需要注意事項，實例講解穩(wěn)態(tài)熱分析的過程。l瞬態(tài)傳熱的基礎知識，穩(wěn)態(tài)傳熱分析的主要步驟及每步分析中需要注意事項（特別是求解及求解選項設定），實例講解瞬態(tài)傳熱分析的過程。簡單的相變問題的基礎知識。l輻射傳熱的基礎知識，輻射傳熱分析的主要步驟及每步中與傳統熱分析的差異。l耦合場的基礎知識，常見的耦合場求解方法及其每種方法的優(yōu)缺點，熱應力分析的主要步驟及

2、與通常非耦合場分析的差異。學好、用好ANSYS熱分析功需要首先了解熱分析的基礎知識，然后通過加強專業(yè)學習的同時提高實際動手的能力，在實踐中提高使用ANSYS進行熱分析的能力。下面首先介紹熱分析的基礎知識。6.1熱分析簡介熱分析用于計算一個系統或部件的溫度分布及其它熱物理參數，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通量）等。熱分析在許多工程應用中扮演重要角色，如內燃機、渦輪機、換熱器、管路系統、電子元件等。6.1.1ANSYS熱分析特點ANSYS熱分析有以下幾個特點：?ANSYS功能組件熱分析能力在ANSYS/Multiphysics

3、、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五種產品中包含熱分析功能,其中ANSYS/FLOTRAN不含相變熱分析。?ANSYS熱分析原則ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計算各節(jié)點的溫度，并導出其它熱物理參數。?ANSYS熱分析類型ANSYS熱分析包括熱傳導、熱對流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外，還可以分析相變、有內熱源、接觸熱阻等問題。6.1.2ANSYS熱分析的分類ANSYS熱分析分為兩大類，即傳統的熱分析和熱耦合分析。383第二章有限元分析基礎

4、1．ANSYS熱分析依據溫度場與時間的變化關系，ANSYS熱分析可以分為以下兩種：1．穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱就是系統的溫度場不隨時間變化。2．瞬態(tài)傳熱瞬態(tài)傳熱，顧名思義就是系統的溫度場隨時間明顯變化2．熱耦合分析耦合分析，就是將熱分析與其他類型的分析結合起來進行分析。ANSYS可能進行的熱耦合分析包括以下幾個方面：?熱-結構耦合分析?熱-流體耦合分析?熱-電耦合分析?熱-磁耦合分析?熱-電-磁-結構耦合分析6.1.3熱分析邊界條件及初始條件對于ANSYS熱分析而言，其提供的邊界條件或者初始條件可以分為以下其中：溫度、熱流率、熱流密度、對流、

5、輻射、絕熱和生熱。6.1.4ANSYS熱分析誤差估計對于任何分析都不可能決定精確，這要求在進行分析時進行誤差評估，盡量減小誤差。ANSYS熱分析誤差估計主要應用于以下幾種情況：?只能評估網格密度因素引起的誤差?只適合單溫度自由度單元（SOLID或者SHELL單元）?僅對線性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效?通過自適應網格劃分可以減少誤差?熱誤差估計基于單元邊界熱流密度不連續(xù)6.2穩(wěn)態(tài)傳熱分析6.2.1穩(wěn)態(tài)傳熱簡介穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對系統或部件的影響。通常在進行瞬態(tài)傳熱分析以前，進行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過有限元計算

6、確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數384第六章熱分析3856.2.2熱分析單元簡介熱分析涉及到的單元有大約40種，其中純粹用于熱分析的有14種單元：1．線性單元LINK32兩維二節(jié)點熱傳導單元LINK33三維二節(jié)點熱傳導單元LINK34二節(jié)點熱對流單元LINK31二節(jié)點熱輻射單元2．二維實體單元PLANE55四節(jié)點四邊形單元PLANE77八節(jié)點四邊形單元PLANE35三節(jié)點三角形單元PLANE75四節(jié)點軸對稱單元PLANE78八節(jié)點軸對稱單元3．三維實體單元SOLID87六節(jié)點四面體單元SOLID70八節(jié)點

7、六面體單元SOLID90二十節(jié)點六面體單元4．殼單元SHELL57四節(jié)點5．點單元MASS71有關各種單元的詳細解釋，請借助ANSYSHelp。6.2.3穩(wěn)態(tài)傳熱分析的主要步驟和任何類型問題分析過程大致類似，ANSYS熱分析可分為以下三個步驟，首先是建立有限元模型，然后施加載荷并求解，最后是查看分析結果。1．建立有限元模型建模過程與一般類型問題分析過程大致一樣：1．分析前的準備工作建模前的準備工作主要有：建立文件文件夾，選擇文件名，添加標題并選擇合理的單位。熱分析建議采用國際單位制。2．進入前處理器3．選擇熱分析單元類型，定義單元選項

8、。4．定義實常數5．定義材料熱性能參數對于穩(wěn)態(tài)傳熱分析只需要定義材料的導熱系數。材料的導熱系數可以是恒定的，也可以是隨溫度變化的。385第二章有限元分析基礎6．創(chuàng)建實體模型7．劃分網格，建立有限元模型2．施加載荷并求解這