ansys專題教程熱分析熱分析

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1、目錄第一章簡介1一、熱分析的冃的1二、ANSYS的熱分析1三、ANSYS熱分析分類1四、耦合分析1第二章基礎(chǔ)知識2一、符號與單位2二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論冋顧2三、熱傳遞的方式3四、穩(wěn)態(tài)傳熱3五、瞬態(tài)傳熱4六、線性與非線性4七、邊界條件、初始條件4八、熱分析誤差佔(zhàn)計(jì)4第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析5一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義5二、熱分析的單元5三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程5實(shí)例19實(shí)例212第四章瞬態(tài)傳熱分析20一、瞬態(tài)傳熱分析的定義20二、瞬態(tài)熱分析的單元及命令20三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要步驟20四、建模20五、加載

2、求解21六、后處理23七、相變問題23實(shí)例124實(shí)例225第一章簡介—、熱分析的目的熱分析用于計(jì)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)用屮扮演重要角色，如內(nèi)燃機(jī)、渦倫機(jī)、換熱器、管路系統(tǒng)、電子元件等。二、ANSYS的熱分析?在ANSYS/Multiphysics、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

3、分析。?ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用冇限元法計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的溫度，并導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。?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。三、ANSYS熱分析分類?穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場不隨時間變化?瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場隨時間明顯變化四、耦合分析?熱一結(jié)構(gòu)耦合?熱一流體耦合?熱一電耦合?熱一磁耦合?熱一電一磁一結(jié)構(gòu)耦合等第二章基礎(chǔ)知識一、符號與單位項(xiàng)目國際單位長度m時間S質(zhì)量Kg溫度°C力N能量（熱量）J功率（熱流率）W熱流密度W

4、/m2生熱速率W/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/m-°C對流系數(shù)W/m2-°C密度Kg/m3比熱J/Kg-°C焙J/m3英制單位ANSYS代號ftslbm°FlbfBTUBTU/secBTU/sec-ft2BTU/sec-f?BTU/scc-ft-°FKXXBTU/sec-ft2-°FHFlbm/ft3DENSBTU/lbm-°FCBTU/ft5ENTH二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧熱分析遵循熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律：?對于一個封閉的系統(tǒng)（沒有質(zhì)量的流入或流出）Q-W=U^KE^PE式中：Q熱量;W——作功；A（/

5、——系統(tǒng)內(nèi)能；△（/KE——系統(tǒng)動能；APE——系統(tǒng)勢能；?對于大多數(shù)工程傳熱問題：AKE=APE=0；?通?？紤]沒有做功：W=0,貝嘰2=A（/；?對于穩(wěn)態(tài)熱分析：2=A（7=0,即流入系統(tǒng)的熱量等于流出的熱量;di?對于瞬態(tài)熱分析：q=—，即流入或流出的熱傳遞速率q等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化。三.熱傳遞的方式1、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)可以定義為完全接觸的兩個物體z間或一個物體的不同部分Z間由于溫dx度梯度而引起的內(nèi)能的交換。熱傳導(dǎo)遵循付里葉定律：—,式小q"為熱流密度（W/m2）,P為導(dǎo)熱系數(shù)（W/m?°C）,表示熱

6、量流向溫度降低的方向。2、熱對流熱對流是指固體的表面與它周圍接觸的流體Z間，由于溫差的存在引起的熱量的交換。熱對流可以分為兩類：H然對流和強(qiáng)制對流。熱對流用牛頓冷卻方程來描述：qn=h（Ts-TB）,式屮h為對流換熱系數(shù)（或稱膜傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)、膜系數(shù)等），為固體表面的溫度，7；為周圍流休的溫度。3、熱輻射熱輻射指物體發(fā)射電磁能，并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過程。物體溫度越高，單位時間輻射的熱量越多。熱傳導(dǎo)和熱對流都需要冇傳熱介質(zhì)，而熱輻射無須任何介質(zhì)。實(shí)質(zhì)上，在真空中的熱輻射效率最高。在工程中通

7、?？紤]兩個或兩個以上物體之間的輻射，系統(tǒng)中每個物體同時輻射并吸收熱量。它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬一波爾茲曼方程來計(jì)算：9=羽4/2（人4一窩），式小g為熱流率，￡為輻射率（黑度），b為斯蒂芬一波爾茲曼常數(shù)，約為5.67X10-8W/nr.K4,A

8、為輻射面1的面積，片？為由輻射面1到輻射面2的形狀系數(shù)，7；為輻射面1的絕對溫度，篤為輻射面2的絕對溫度。由上式可以看出，包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。四、穩(wěn)態(tài)傳熱如果系統(tǒng)的凈熱流率為0,即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)口身產(chǎn)生的熱量等于流出系統(tǒng)的熱量：q流入

9、+q生成?q滾出=（）,則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)熱分析屮任一節(jié)點(diǎn)的溫度不隨時間變化。穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣形式表示）[k]｛t｝=｛q式?。篬K]為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；｛八為節(jié)點(diǎn)溫度向量；｛q｝為節(jié)點(diǎn)熱流率向最，包含熱生成；ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，生成[K]、⑴以及｛0。五、瞬態(tài)傳熱瞬態(tài)傳熱過程是指一個系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個過程小系統(tǒng)的