Ansys热分析教程-第三章稳态热分析汇总课件.ppt

稳态热传递稳态热传递稳态热传递稳态热传递 如果热能流动不随时间变化的话，热传递就称为是稳态的由于热能流动不随时间变化, 系统的温度和热载荷也都不随时间变化由热力学第一定律，稳态热平衡可以表示为:输入的能量 输出的能量 = 0稳态热传递控制方程稳态热传递控制方程 对于稳态热传递，表示热平衡的微分方程为:相应的有限元平衡方程为:热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型温度 自由度约束，将确定的温度施加到模型的特定区域均匀温度 可以施加到所有结点上，不是一种温度约束一般只用于施加初始温度而非约束，在稳态或瞬态分析的第一个子步施加在所有结点上它也可以用于在非线性分析中估计随温度变化材料特性的初值热流率 是集中结点载荷正的热流率表示能量流入模型热流率同样可以施加在关键点上这种载荷通常用于对流和热流不能施加的情况下施加该载荷到热传导率有很大差距的区域上时应注意热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型对流施加在模型外表面上的面载荷，模拟平面和周围流体之间的热量交换热流 同样是面载荷使用在通过面的热流率已知的情况下正的热流值表示热流输入模型热生成率 作为体载荷施加，代表体内生成的热，单位是单位体积内的热流率。

热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型ANSYS 热载荷分为四大类:1. DOF 约束 - 指定的 DOF (温度) 数值2. 集中载荷 - 集中载荷(热流)施加在点上3. 面载荷 -在面上的分布载荷(对流,热流)4. 体载荷 - 体积或区域载荷热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件注意事项在 ANSYS中, 没有施加载荷的边界作为完全绝热处理对称边界条件的施加是使边界绝热得到的如果模型某一区域的温度已知，就可以固定为该数值响应热流率只在固定温度自由度时使用热分析模板热分析模板 建立模型指定分析名称和工作文件名如果需要，记录单位制进入前处理器定义单元类型，检查基本设置如果需要，定义实参定义材料特性生成或导入模型划分网格 热分析样板热分析样板 求解器定义分析类型，检查分析选项施加载荷和边界条件 指定载荷步选项执行求解热分析样板热分析样板查看结果进入通用处理器和/或时序后处理器使用列表, 绘图, 等查看结果查看误差估计验证求解GUI 和和 ANSYS 命令命令ANSYS 是命令驱动程序ANSYS 命令可以手工输入，或用GUI(Graphical User Interface)输入或两种方法混用。

GUI提供了一种和ANSYS交流的简单的方法GUI根据用户操作自动生成ANSYS命令所有使用的命令列表在所有使用的命令列表在jobname.log 文件中GUI 和和 ANSYS 命令命令查看ANSYS输出窗口中命令执行和文字输出稳态热传导例题说明稳态热传导例题说明分析过程中的每一步使用简单的例子说明高亮度的方框中标出了例子的步骤基本描述一个带有举行肋骨的长钢管从管中流动的热气体通过对流吸收能量外表面暴露在大气中，热流从肋骨端部释放稳态热传导分析实例稳态热传导分析实例例题描述:热气体的温度是600 F内部的对流热交换系数是0.40 BTU/hr-in2-F外部大气温度是100 F外部的对流热交换系数为0.025 BTU/hr-in2-F每个肋骨端部热流为 -20 BTU/in2 分析目标:分析其中最小的循环部分，要求得到如下结果:1) 温度场分布2) 肋骨上下端面的对流热耗散稳态热传导分析实例稳态热传导分析实例下面是一个截面建模说明:内部对流载荷使用平面效果单元使用 “上施加对流”施加肋骨外表面上的对流载荷在肋骨短部施加热流假设钢管是非常长的，不考虑钢管端部的影响只对最小的循环部分建模。

绝热对称边界绝热对称边界翅片端部的热流密度对流面对流面简化成了最小的可重复2D几何模型稳态热传导分析实例稳态热传导分析实例稳态热传导分析实例稳态热传导分析实例稳态热传递例题的指导说明:使用最小的可循环部分求解下列问题:钢管/肋骨中的温度场分布 钢管/肋骨的对流热损耗绘出钢管/肋骨面上的温度变化情况使用轴对称的PLANE55单元划分网格在钢管内荆使用带有附加结点的平面效果单元SURF151假设为恒定的，各向同性的材料特性没有随温度变化的特性高亮度的方框中标出了例子的步骤建模建模热分析的第一阶段包括建模和划分网格在本部分，我们要:指定文件名和标题记录使用的单位进入前处理器定义单元类型和基本选项查看实参定义定义材料特性生成几何模型划分网格 建模建模设置设置GUI的菜单过滤选项的菜单过滤选项使用界面选项激活GUI菜单过滤; 只有与热分析有关的菜单项可以显示和使用如果不设置，所有的菜单都可以看到并使用激活热菜单过滤并单激活热菜单过滤并单击击 “OK”建模建模指定文件名指定文件名定义新的文件名与其他分析题目区别开来所有文件名将为jobname.ext，点取“YES”将重写文件名分别为jobname.log和jobname.err的命令记录文件和错误文件。

变换文件名为变换文件名为 “stltube” 建模建模指定标题指定标题为分析指定一个描述性的标题标题将打印在图形的底部，并在载荷步文件和结果文件中显示输入标题输入标题: “Example - Steel Tube with Fins” 并单击并单击 “OK”建模建模单位单位使用/UNITS命令记录分析中使用的单位制 本例中使用的单位制本例中使用的单位制记为记为British/Inches, 缩写为缩写为 “bin”除了电磁场分析，用户不需“告诉”ANSYS你所使用的单位制但是，你可以使用/UNITS命令记录你所使用的单位一旦你决定了使用的单位制，请一直使用它ANSYS 不提供任何单位转换选择的单位制将影响你的模型，材料特性，实参和载荷再次使用/UNITS并不完成单位制转换建模建模单位单位如要获得/UNITS命令的更多说明，请使用线上文档要使用帮助，在输入窗口中输入要使用帮助，在输入窗口中输入“help,xxxxx”; “xxxxx” 可以是单元类型可以是单元类型(77), 命令命令(/units), 或单元类别或单元类别(solid)或者，使用或者，使用UtilityMenuHelp下拉式菜单。

下拉式菜单在输入窗口输入在输入窗口输入 “help, /UNITS” 查看查看线上文档线上文档建模建模单位单位建模建模现在，我们准备开始前处理.请记住，高亮度的方框中标出了例子的步骤稳态热传递的例子前处理：建模前处理：建模定义单元类型定义单元类型定义分析中使用的单元类型开始定义单元类型注意现在还没开始定义单元类型注意现在还没有定义单元类型单击有定义单元类型单击“Add.”开始添加开始添加前处理：建模前处理：建模定义单元类型定义单元类型使用HELP按钮得到单元库中的更多信息缺省状态下，第一个定义的单元类型其单元类型号为1 如果GUI菜单过滤为热分析，只有热单元类型显示出来选择热实体单元选择热实体单元PLANE55作为单元类型作为单元类型, 单击单击“Apply”选择一个类别然后选择本类别中的单元类型前处理：建模前处理：建模查看并选择基本选项查看并选择基本选项关键选项关键选项或 KEYOPTs 是与单元类型相关的选项查看或修改关键选项的方法是选择下图中的“Options”: 查看查看PLANE55缺缺省的基本选项省的基本选项前处理：建模前处理：建模查看并选择关键选项查看并选择关键选项使用下拉式菜单查看该单元的基本选项，并选择合适的数值。

改变单元特征本例题需要轴对称改变单元特征本例题需要轴对称单元缺省值为平面单元缺省值为平面单元前处理：建模前处理：建模表面效应单元表面效应单元表面效应单元 - 介绍表面效应单元象“皮肤”一样附着在实体单元的表面，经常用来施加载荷表面效应单元为施加面载荷提供了更多的方式，特别是当在同一区域施加对流和热流两种载荷时一个模型中附加的，离开模型表面一定距离的结点，可以用来代表周围流体的介质温度该“附加”结点同样对结果评估带来方便前处理：建模前处理：建模表面效应单元表面效应单元表面效应单元 - 介绍表面效应单元可以用来施加热生成载荷当对流换热系数随温度变化时，表面效应单元很方便; 基本选项的不同设置使得评估结果时选项也不相同注：表面效应单元在第注：表面效应单元在第7章中还有更详细的解释章中还有更详细的解释前处理：建模前处理：建模表面效应单元表面效应单元表面效应单元和对流对流载荷可以直接施加到表面效应单元，实体单元或几何模型实体上在SURF151上使用“附加结点”选项可以在“附加结点”上指定结点温度，相当于周围介质的温度注注: 本例题实际上本例题实际上不需要不需要 使用平面效果单元，因为每个平面上只有均匀的对流使用平面效果单元，因为每个平面上只有均匀的对流(Hf和和Tb为已知为已知)。

但是，在管的内径施加平面效果单元将使得我们在后处理中更方便但是，在管的内径施加平面效果单元将使得我们在后处理中更方便地得到热能耗散数值地得到热能耗散数值前处理：建模前处理：建模定义单元类型定义单元类型注意，第二个定义的单元自动定义为单元类型2 定义热表面效应单元定义热表面效应单元SURF151这是本例中的第这是本例中的第二种单元类型二种单元类型前处理：建模前处理：建模查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看查看SURF151单元的缺省基本选项并单击单元的缺省基本选项并单击 “Options”前处理：建模前处理：建模查看并选择关键选项查看并选择关键选项 将单元行为从平面改变为轴对称注意将单元行为从平面改变为轴对称注意 K4的改变的改变, 移去中间结点；移去中间结点；K5的改变的改变, 对对流计算中包含附加结点结束后单击流计算中包含附加结点结束后单击“Close” 前处理：建模前处理：建模定义并检查实常数定义并检查实常数实常数实常数是指定单元类型的几何特征并不是所有的单元类型都需要实常数有些单元类型只有在选择了某些基本选项时才需要实参使用ANSYS帮助得到更多的关于实参的说明第一个定义的实常数缺省指定为 实常数号1。

前处理：建模前处理：建模定义并检查实常数定义并检查实常数检查需要的实常数注意现检查需要的实常数注意现在没有定义任何实参单击在没有定义任何实参单击“Add.”开始前处理：建模前处理：建模定义并检查实常数定义并检查实常数定义实常数:首先选中要定义实常数的单元类型然后，在对话框中输入相应的数字以定义实常数例题中的单元类型都不需要实常数例题中的单元类型都不需要实常数注：如果有热生成载注：如果有热生成载荷（荷（HGEN）施加到）施加到表面效应单元上时，表面效应单元上时，必须指定厚度必须指定厚度前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性稳态热分析中关于材料特性的总体说明对于稳态分析，热材料特性必须输入热传导率“k”-KXX, 和可选的KYY, KZZ如果用户不定义，KYY和KZZ缺省等于KXX密度(DENS)和比热(C)或热焓(ENTH)在没有质量传递的稳态热分析中不需要 随温度变化的材料导热系数k, 使得热分析为非线性与温度有关的换热系数也被处理为材料特性前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性在ANSYS中定义材料特性的选项:在材料特性对话框中输入需要的数值。

从ANSYS材料库或用户自定义材料库中读入材料特性 在定义了材料特性以后，也可以将材料特性写到文件中以备后用前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性要从材料库中读入材料特性，只要指定包含所需数据的文件路径和文件名即可前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性要手工输入材料特性，首先选择M。