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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shè)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(chǔ)知識。l輻射傳熱的基礎(chǔ)知識，輻射傳熱分析的主要步驟及每步中與傳統(tǒng)熱分析的差異。l耦合場的基礎(chǔ)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(yīng)力分析的主要步驟及

2、與通常非耦合場分析的差異。學(xué)好、用好ANSYS熱分析功需要首先了解熱分析的基礎(chǔ)知識，然后通過加強專業(yè)學(xué)習(xí)的同時提高實際動手的能力，在實踐中提高使用ANSYS進(jìn)行熱分析的能力。下面首先介紹熱分析的基礎(chǔ)知識。6.1熱分析簡介熱分析用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，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(yīng)用中扮演重要角色，如內(nèi)燃機、渦輪機、換熱器、管路系統(tǒng)、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(chǎn)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(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。?ANSYS熱分析類型ANSYS熱分析包括熱傳導(dǎo)、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(nèi)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(tǒng)的熱分析和熱耦合分析。383第二章有限元分析基礎(chǔ)

4、1．ANSYS熱分析依據(jù)溫度場與時間的變化關(guān)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)合起來進(jìn)行分析。ANSYS可能進(jìn)行的熱耦合分析包括以下幾個方面：?熱-結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jìn)行分析時進(jìn)行誤差評估，盡量減小誤差。ANSYS熱分析誤差估計主要應(yīng)用于以下幾種情況：?只能評估網(wǎng)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(yīng)網(wǎng)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(tǒng)或部件的影響。通常在進(jìn)行瞬態(tài)傳熱分析以前，進(jìn)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(shù)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(dǎo)單元LINK33三維二節(jié)點熱傳導(dǎo)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(guān)各種單元的詳細(xì)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(jié)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(zhǔn)備工作建模前的準(zhǔn)備工作主要有：建立文件文件夾，選擇文件名，添加標(biāo)題并選擇合理的單位。熱分析建議采用國際單位制。2．進(jìn)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(shù)5．定義材料熱性能參數(shù)對于穩(wěn)態(tài)傳熱分析只需要定義材料的導(dǎo)熱系數(shù)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)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(chǔ)6．創(chuàng)建實體模型7．劃分網(wǎng)格，建立有限元模型2．施加載荷并求解這