ANSYS稳态热分析的基本过程和实例.docx

ANSYS稳态热分析的基本过程ANSYS热分析可分为三个步骤：• 前处理：建模、材料和网格• 分析求解：施加载荷计算• 后处理：查看结果1、 建模①、确定 jobname> title、unit；②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项；③、定义单元实常数；④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可以是恒定的，也可以随温度变化；⑤、创建儿何模型并划分网格，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》°2、 施加载荷计算①、定义分析类型•如果进行新的热分析：Command: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state•如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart②、施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷（边界条件）：a、恒定的温度通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。

Command Family: DGUI： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperatureb、 热流率热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中（通常线单元模型不能施加对 流或热流密度载荷），如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量如 果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周用的单元要密一些， 在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时，尤其要注意：此 外，尽可能使用热生成或热流密度边界条件，这样结果会 更精确些Command Family: FGUI： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flow c、对流对流边界条件作为面载施加于实体的外表面，计算与流体的热交换，它仅可施 加于实体和壳模型上，对于线模型，可以通过对流线单元LINK34考虑对流Command Family: SFGUI： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convectiond、热流密度热流密度也是一种面载。

当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRANCFD 讣算得到时，可以在模型相应的外表面施加热流密度如果输入的值为正，代表热流 流入单元热流密度也仅适用于实体和壳单元热流密度与对流可以施加在同一外表 面，但ANSYS仅读取最后施加的面 载进行计算Command Family: FGUI： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flux e、生热率生热率作为体载施加于单元上，可以模拟化学反应生热或电流生热它的单位是 单位体积的热流率Command Family: BFGUI： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Generat③、确定载荷步选项对于一个热分析，可以确定普通选项、非线性选项以及输出控制a.普通选项•时间选项：虽然对于稳态热分析，时间选项并没有实际的物理意义，但 它提供了一 个方便的设置载荷步和载荷子步的方法Command: TIMEGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps•每载荷步中子步的数量或时间步大小：对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。

Command: NSUBSTGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Tinie/Frequenc>Time and Substps Command: DELTIMGUI: Main Menu>Solution>-Load StepOpts->Time/Frequenc>Time-Time Step• 递进或阶越选项：如果定义阶越(stepped)选项，载荷值在这个载荷步内保持不变； 如果为递进(ramped)选项，则载荷值曲上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线 性变化Command: KBCGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substpsb.非线性选项• 迭代次数：本选项设置每一子步允许的最多的迭代次数默认值为25,对大数热分 析问题足够Command: NEQITGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>EquiIibrium Iter• 自动时间步长：对于非线性问题，可以自动设定子步间载荷的增长，保证求解的稳 定性和准确性。

Command: AUTOTSGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps• 收敛误差：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性Command: CNVTOLGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts ・ Nolinejr>Convergence Crit• 求解结束选项：如果在规定的迭代次数内，达不到收敛，ANSYS可以停止求解或 到下一载荷步继续求解Command: NCNVGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Criteria to Stop• 线性搜索：设置本选项可使ANSYS用Newton-Raphson方法进行线性 搜索 Command: LNSRCHGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-NoIinear>Line Search• 预测矫正：本选项可激活每一子步第一次迭代对自由度求解的预测矫正Command: PREDGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-NoIinear>PredictorC.输出控制• 控制打印输出：本选项可将任何结果数据输出到*.。

仇文件中Command: OUTPRGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout •控制结 果文件：控制*.rth的内容Command: OUTRESGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File④、确定分析选项a. Newton-Raphson选项(仅对非线性分析有用)Command: NROPTGUI: Main Menu>SoIution>Analysis Options b.选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解：• Frontal solver(默认)• Jacobi Conjugate Gradient(JCG) solver• JCG out-of-memory solver• Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver• Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG)• Iterative(automatic solver selection option)Command: EQSLVGUI: Main Menu>SoIution>Analysis Options注意：热分析可选用Iterative选项进行快速求解，但如下惜况除外：• 热分析包含SURF 19或SURF22或超单元；• 热辐射分析；• 相变分析• 需要 restart an analysisC.确定绝对零度：在进行热辐射分析时、要将目前的温度值换算为绝对温度。

如果 使用的温度单位是摄氏度，此值应设定为273；如果使用的是华氏度，则为 460 oCommand: TOFFSTGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options⑤、保存模型：点击ANSYSI具条SAVE_DB⑥、求解Command: SOLVEGUI: Main Menu>Solution>Cun-ent LS3、后处理ANSYS将热分析的结果写入*.rth文件中，它包含如下数据：基本数据：• 节点温度导出数据：• 节点及单元的热流密度• 节点及单元的热梯度• 单元热流率• 节点的反作用热流率• 其它对于稳态热分析，可以使用POST1进行后处理，关于后处理的完整描述，可 参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》进入POST1后，读入载荷步和子步：Command: SETGUI: Main Menu>General Postproc>-Read Results-By Load Step可以通过如下三种方式查看结果：• 彩色云图显示Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB 等GUI: Main Menu>General PostprooPlot Results>Nodal Solu, ElementSolu, Elem Table• 矢量图显示Command: PLVECTGUI: Main Menu>General PostprooPlot Results>Pre-defined orUserdefined• 列表显示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL 等GUI: Main Menu>General PostprooList Results>Nodal Solu, ElementSolu, Reaction Solu详细过程请参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。

实例某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻 纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁 面温度及温度分布儿何参数： 筒外径8.23(BflEfei/hr.ft.°F总壁厚 2 irttb28 BTU/hr • ft不锈钢层壁厚0.75 inch玻纤层壁厚 铝层壁厚 筒长 导热系数不锈钢玻纤铝]inch0.25 inch200 feet边界条件空气温度海水温度空气对流系 数海水对流系数117.4 BTU/hr.ft.°F70 °F44.5 °F2.5 BTU/hr.ft2.°F80 BTU/hr.ft2.°F沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析，如图示O空气海水R15 feet以下分别列出log文件和菜单文件/filename, Steady 1/title, Steady-sta。