热分析ansys教程.ppt

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1、第第19章章热分析热分析热分析的目的热分析的目的热热分分析析用用于于计计算算一一个个系系统统或或部部件件的的温温度度分分布布及及其其它它热热物物理理参参数数，如如热热量量的的获获取取或或损损失失、热热梯梯度度、热流密度热流密度(热通量热通量)等等热热分分析析在在许许多多工工程程应应用用中中扮扮演演重重要要角角色色，如如内内燃燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等19.1ANSYS的热分析的热分析u在在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品

2、中包含热分析功能五种产品中包含热分析功能ANSYS热热分分析析基基于于能能量量守守恒恒原原理理的的热热平平衡衡方方程程，用用有有限限元元法法计计算算各各节节点点的的温温度度，并并导导出出其其它它热热物物理理参参数数ANSYS热热分分析析包包括括热热传传导导、热热对对流流及及热热辐辐射射三三种种热热传传递递方方式式。此此外外，还还可可以以分分析析相相变变、有有内内热热源源、接接触热阻触热阻等问题等问题19.2ANSYS的热分析分类的热分析分类vANSYS的热分析分类的热分析分类稳态传热稳态传热：系统的温度场不随时间变化：系统的温度场不随时间变化瞬态传热瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化：系统的

3、温度场随时间明显变化v与热有关的耦合分析与热有关的耦合分析热结构耦合热结构耦合热流体耦合热流体耦合热电耦合热电耦合热磁耦合热磁耦合热电磁结构耦合等热电磁结构耦合等19.3热分析的符号与单位热分析的符号与单位 项目项目国际单位国际单位英制单位英制单位ANSYS代号代号长度长度mft英尺英尺时间时间ss质量质量Kglbm磅质量磅质量温度温度oF力力Nlbf能量能量(热量热量)JBTU英制热单位功率功率(热流率热流率)WBTU/sec热流密度热流密度W/m2BTU/sec-ft2生热速率生热速率W/m3BTU/sec-ft3导热系数导热系数W/m-BTU/sec-ft-oFKXX对流系数对流系数W/

4、m2-BTU/sec-ft2-oFHF密度密度Kg/m3lbm/ft3DENS比热比热J/Kg-BTU/lbm-oFC焓焓J/m3BTU/ft3ENTH表表征征物物体体吸吸收收的的热热量量，为为一一个个体体系系的的内内能能与与体体系系的的体体积积和和外外界界施施加加于于体系的压强的乘积之和体系的压强的乘积之和19.4传热学经典理论回顾传热学经典理论回顾 19.5热传递的方式热传递的方式1、热传导、热传导热热传传导导可可以以定定义义为为完完全全接接触触的的两两个个物物体体之之间间或或一一个个物物体体的的不不同同部部分分之之间间由由于于温温度度梯梯度度而而引引起起的的内内能能的的交交换换。热热传传

5、导导遵遵循循付付里里叶叶定定律律：qn=-k*(dT/dx)，式式中中qn为为热热流流密密度度（W/m2），k为为导导热热系系数数(W/m-)，“-”表示热量流向温度降低的方向。表示热量流向温度降低的方向。2、热对流、热对流热热对对流流是是指指固固体体的的表表面面与与它它周周围围接接触触的的流流体体之之间间，由由于于温温差差的的存存在在引引起起的的热热量量的的交交换换。热热对对流流可可以以分分为为两两类类：自自然然对对流流和和强强制制对对流流。热热对对流流用用牛牛顿顿冷冷却却方方程程来来描描述述：qn=h*(TS-TB)，式式中中h为为对对流流换换热热系系数数(或或称称膜膜传传热热系系数数、给

6、给热热系系数数、膜膜系系数数等等)，TS为为固体表面的温度，固体表面的温度，TB为周围流体的温度。为周围流体的温度。19.5热传递的方式热传递的方式(续续)3、热辐射、热辐射热热辐辐射射指指物物体体发发射射电电磁磁能能，并并被被其其它它物物体体吸吸收收转转变变为为热热的的热热量量交交换换过过程程。物物体体温温度度越越高高，单单位位时时间间辐辐射射的的热热量量越越多多。热热传传导导和和热热对对流流都都需需要要有有传传热热介介质质，而而热热辐辐射射无无须须任任何何介介质质。实实质质上上，在在真真空空中中的的热热辐辐射效率最高。射效率最高。在在工工程程中中通通常常考考虑虑两两个个或或两两个个以以上上

7、物物体体之之间间的的辐辐射射，系系统统中中每每个个物物体体同同时时辐辐射射并并吸吸收收热热量量。它它们们之之间间的的净净热热量量传传递递可可以以用用斯斯蒂蒂芬芬波波尔尔兹兹曼曼方方程程来来计计算算：q=A1F12(T14-T24)，式式中中q为为热热流流率率，为为辐辐射射率率（黑黑度度），为为斯斯蒂蒂芬芬波波尔尔兹兹曼曼常常数数，约约为为5.6710-8W/m2.K4，A1为为辐辐射射面面1的的面面积积，F12为为由由辐辐射射面面1到到辐辐射射面面2的的形形状状系系数数，T1为为辐辐射射面面1的的绝绝对对温温度度，T2为为辐辐射射面面2的的绝绝对对温温度度。由由上上式式可可以以看看出出，包包含

8、热辐射的热分析是高度非线性的。含热辐射的热分析是高度非线性的。19.6稳态传热稳态传热 如如果果系系统统的的净净热热流流率率为为，即即流流入入系系统统的的热热量量加加上上系系统统自自身身产产生生的的热热量量等等于于流流出出系系统统的的热热量量：q流流入入+q生生成成-q流流出出=0，则则系系统统处处于于热热稳稳态态。在在稳稳态态热热分分析析中中任任一一节节点点的的温温度度不不随随时时间间变变化化。稳稳态态热热分分析析的的能能量量平衡方程为平衡方程为(以矩阵形式表示以矩阵形式表示):KT=Q式式中中：K为为传传导导矩矩阵阵，包包含含导导热热系系数数、对对流流系系数数及及辐辐射射率率和和形形状状系

9、系数数；T为为节节点点温温度度向向量量；Q为为节点热流率向量，包含热生成；节点热流率向量，包含热生成；ANSYS利利用用模模型型几几何何参参数数、材材料料热热性性能能参参数数以以及及所施加的边界条件，生成所施加的边界条件，生成K、T以及以及Q。19.7瞬态传热瞬态传热瞬瞬态态传传热热过过程程是是指指一一个个系系统统的的加加热热或或冷冷却却过过程程。在在这这个个过过程程中中系系统统的的温温度度、热热流流率率、热热边边界界条条件件以以及及系系统统内内能能随随时时间间都都有有明明显显变变化化。根根据据能能量量守守恒恒原原理理，瞬瞬态态热热平平衡衡可可以以表表达达为为(以以矩矩阵阵形式表示形式表示)：

10、C+KT=Q式式中中:K为为传传导导矩矩阵阵，包包含含导导热热系系数数、对对流流系系数及辐射率和形状系数；数及辐射率和形状系数；C为比热矩阵为比热矩阵,考虑系统内能的增加考虑系统内能的增加;T为节点温度向量；为节点温度向量；为温度对时间的导数为温度对时间的导数;Q为节点热流率向量，包含热生成。为节点热流率向量，包含热生成。19.8线性与非线性线性与非线性如果有下列情况产生，则为非线性热分析：如果有下列情况产生，则为非线性热分析：材料热性能随温度变化，如材料热性能随温度变化，如K(T),C(T)等；等；边界条件随温度变化，如边界条件随温度变化，如h(T)等；等；含有非线性单元；含有非线性单元；考

11、虑辐射传热考虑辐射传热非线性热分析的热平衡矩阵方程为：非线性热分析的热平衡矩阵方程为：C(T)+K(T)T=Q(T)19.9边界条件、初始条件边界条件、初始条件ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度：温度：模型区温度已知模型区温度已知热流率：热流率：热流率已知的点热流率已知的点对对流流：表表面面的的热热传传递递给给周周围围的的流流体体通通过过对对流流。输输入对流换热系数入对流换热系数h和环境流体的和环境流体的平均温度平均温度Tb热热辐辐射射：通通过过辐辐射射产产生生热热传传递递的的面面.输输入入辐辐射射系系数数，Stefan-Boltzman

12、n常常数数，“空空间间节节点点”的的温温度度作作为可选项输入为可选项输入绝热面：绝热面：“完全绝热完全绝热”面，该面上不发生热传递面，该面上不发生热传递热通量：热通量：单位面积上的热流率已知的面单位面积上的热流率已知的面热生成率：热生成率：体的生热率已知的区域体的生热率已知的区域19.10热分析误差估计热分析误差估计仅用于评估由于网格密度不够带来的误差；仅用于评估由于网格密度不够带来的误差；仅仅适适用用于于SOLID或或SHELL的的热热单单元元(只只有有温温度度一个自由度一个自由度)；基于单元边界的热流密度的不连续；基于单元边界的热流密度的不连续；仅对一种材料、线性、稳态热分析有效；仅对一种

13、材料、线性、稳态热分析有效；使用自适应网格划分可以对误差进行控制。使用自适应网格划分可以对误差进行控制。19.11稳态传热分析稳态传热分析稳稳态态传传热热用用于于分分析析稳稳定定的的热热载载荷荷对对系系统统或或部部件件的的影影响响。通通常常在在进进行行瞬瞬态态热热分分析析以以前前，进进行行稳稳态热分析用于确定初始温度分布。态热分析用于确定初始温度分布。稳稳态态热热分分析析可可以以通通过过有有限限元元计计算算确确定定由由于于稳稳定定的的热热载载荷荷引引起起的的温温度度、热热梯梯度度、热热流流率率、热热流流密度等参数密度等参数19.11.1热分析的单元热分析的单元热热分分析析涉涉及及到到的的单单元

14、元有有大大约约40种种，其其中中纯纯粹粹用用于于热分析的有热分析的有14种：种：线性线性：LINK32两维二节点热传导单元两维二节点热传导单元LINK33三维二节点热传导单元三维二节点热传导单元LINK34二节点热对流单元二节点热对流单元LINK31二节点热辐射单元二节点热辐射单元二维实体二维实体：PLANE55四节点四边形单元四节点四边形单元PLANE77八节点四边形单元八节点四边形单元PLANE35三节点三角形单元三节点三角形单元PLANE75四节点轴对称单元四节点轴对称单元PLANE78八节点轴对称单元八节点轴对称单元19.11.1热分析的单元热分析的单元(续续)三维实体：三维实体：SO

15、LID87六节点四面体单元六节点四面体单元SOLID70八节点六面体单元八节点六面体单元SOLID90二十节点六面体单元二十节点六面体单元壳：壳：SHELL57四节点四节点点：点：MASS7119.11.2稳态热分析的基本过程稳态热分析的基本过程ANSYS热分析可分为三个步骤：热分析可分为三个步骤：前处理前处理：建模：建模求解求解：施加载荷计算：施加载荷计算后处理后处理：查看结果：查看结果19.11.3建模建模确定确定jobname、title、unit；进进入入PREP7前前处处理理，定定义义单单元元类类型型，设设定定单单元元选项；选项；定义单元实常数；定义单元实常数；定定义义材材料料热热性

16、性能能参参数数，对对于于稳稳态态传传热热，一一般般只只需需定定义义导导热热系系数数，它它可可以以是是恒恒定定的的，也也可可以以随随温度变化；温度变化；创建几何模型并划分网格。创建几何模型并划分网格。19.11.3.1几何尺寸几何尺寸(模型模型)v既可用既可用ANSYS建立模型，也可用其它方法建好模建立模型，也可用其它方法建好模型后导入型后导入v模型建好后，以上两种建模方法的具体过程将不再模型建好后，以上两种建模方法的具体过程将不再显示显示19.11.3.2划分网格划分网格v首先定义单元属性首先定义单元属性:单元类型单元类型,实常数实常数,材料属性材料属性.单元类型单元类型v下表给出了常用的热单

17、元类型下表给出了常用的热单元类型v每个结点只有一个自由度每个结点只有一个自由度:温度温度19.11.3.2划分网格划分网格(续续)材料属性材料属性必须输入导热系数必须输入导热系数,KXX如果施加了内部热生成率，则需指定比热如果施加了内部热生成率，则需指定比热(C)ANSYS提供的材料库提供的材料库(/ansys57/matlib)包括几包括几种常用材料的结构属性种常用材料的结构属性和热属性和热属性,但是建议用户但是建议用户创建、使用自己的材料库创建、使用自己的材料库把优先设置为把优先设置为“热分析热分析”，使材料模型图形用户，使材料模型图形用户界面只显示材料的热属性界面只显示材料的热属性实常数

18、实常数主要应用于壳单元和线单元主要应用于壳单元和线单元19.11.3.2划分网格划分网格(续续)v划分网格划分网格存储数据文件存储数据文件使用使用MeshTool划分网格，使用缺省的智能网格划分网格，使用缺省的智能网格划分级别划分级别6可以生成很好的初始网格可以生成很好的初始网格v至此完成前处理，下面开始求解至此完成前处理，下面开始求解19.11.4施加载荷计算施加载荷计算定义分析类型定义分析类型v如果进行新的热分析：如果进行新的热分析：Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:Main menuSolution-Analysis Type-NewAnalysisSteady-

19、statev如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:MainmenuSolutionAnalysisType-Restart19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)施加载荷施加载荷可可以以直直接接在在实实体体模模型型或或单单元元模模型型上上施施加加五五种种载载荷荷(边界条件边界条件)：a、恒定的温度、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。通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。CommandFamily:DGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-T

20、hermal-Temperature19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)b、热流率、热流率热热流流率率作作为为节节点点集集中中载载荷荷，主主要要用用于于线线单单元元模模型型中中(通通常常线线单单元元模模型型不不能能施施加加对对流流或或热热流流密密度度载载荷荷)，如如果果输输入入的的值值为为正正，代代表表热热流流流流入入节节点点，即即单单元元获获取取热热量量。如如果果温温度度与与热热流流率率同同时时施施加加在在一一节节点上则点上则ANSYS读取温度值进行计算。读取温度值进行计算。注注意意：如如果果在在实实体体单单元元的的某某一一节节点点上上施施加加热热流流率率，则则此此节节点点周周围围

21、的的单单元元要要密密一一些些，在在两两种种导导热热系系数数差差别别很很大大的的两两个个单单元元的的公公共共节节点点上上施施加加热热流流率率时时，尤尤其其要要注注意意。此此外外，尽尽可可能能使使用用热热生生成成或或热热流流密密度边界条件，这样结果会更精确些。度边界条件，这样结果会更精确些。CommandFamily:FGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatFlow19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)c、对流、对流对对流流边边界界条条件件作作为为面面载载施施加加于于实实体体的的外外表表面面，计计算算与与流流体体的的热热交交换换，它它仅仅

22、可可施施加加于于实实体体和和壳壳模模型型上上，对对于于线线模型，可以通过对流线单元模型，可以通过对流线单元LINK34考虑对流。考虑对流。CommandFamily:SFGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Convection19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)d、热流密度、热流密度热热流流密密度度也也是是一一种种面面载载。当当通通过过单单位位面面积积的的热热流流率率已已知知或或通通过过FLOTRANCFD计计算算得得到到时时，可可以以在在模模型型相相应应的的外外表表面面施施加加热热流流密密度度。如如果果输输入入的的值值为为正正，代代表

23、表热热流流流流入入单单元元。热热流流密密度度也也仅仅适适用用于于实实体体和和壳壳单单元元。热热流流密密度度与与对对流流可可以以施施加加在在同同一一外外表表面面，但但ANSYS仅读取最后施加的面载进行计算。仅读取最后施加的面载进行计算。CommandFamily:FGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatFlux19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)e、生热率、生热率生生热热率率作作为为体体载载施施加加于于单单元元上上，可可以以模模拟拟化化学学反反应应生生热或电流生热。它的单位是单位体积的热流率。热或电流生热。它的单位是单位体积的热流率。

24、CommandFamily:BFGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatGenerat19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)定载荷步选项定载荷步选项对对于于一一个个热热分分析析，可可以以确确定定普普通通选选项项、非非线线性性选选项项以以及及输出控制。输出控制。a.普通选项普通选项时时间间选选项项：虽虽然然对对于于稳稳态态热热分分析析，时时间间选选项项并并没没有有实实际际的的物物理理意意义义，但但它它提提供供了了一一个个方方便便的的设设置置载载荷荷步步和载荷子步的方法。和载荷子步的方法。Command:TIMEGUI:MainMenuSo

25、lution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)每每载载荷荷步步中中子子步步的的数数量量或或时时间间步步大大小小：对对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。Command:NSUBSTGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTimeandSubstpsCommand:DELTIMGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-Ti

26、meStep19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)递递进进或或阶阶越越选选项项：如如果果定定义义阶阶越越(stepped)选选项项，载载荷荷值值在在这这个个载载荷荷步步内内保保持持不不变变；如如果果为为递递进进(ramped)选选项项，则则载载荷荷值值由由上上一一载载荷荷步步值值到到本本载载荷荷步值随每一子步线性变化。步值随每一子步线性变化。Command:KBCGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)b.非线性选项非线性选项迭迭代

27、代次次数数：本本选选项项设设置置每每一一子子步步允允许许的的最最多多的的迭迭代代次数。默认值为次数。默认值为25，对大数热分析问题足够。，对大数热分析问题足够。Command:NEQITGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearEquilibriumIter19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)自自动动时时间间步步长长:对对于于非非线线性性问问题题，可可以以自自动动设设定定子步间载荷的增长，保证求解的稳定性和准确性。子步间载荷的增长，保证求解的稳定性和准确性。Command:AUTOTSGUI:Main MenuSolution-Load St

28、ep Opts-Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)收收敛敛误误差差：可可根根据据温温度度、热热流流率率等等检检验验热热分分析析的收敛性。的收敛性。Command:CNVTOLGUI:Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearConvergenceCrit19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)求求解解结结束束选选项项：如如果果在在规规定定的的迭迭代代次次数数内内，达达不不到到收收敛敛，ANSYS可可以以停停止止求求解解或或到到下下一一载载荷荷步继续求解。步

29、继续求解。Command:NCNVGUI:Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearCriteriatoStop19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)线线性性搜搜索索：设设置置本本选选项项可可使使ANSYS用用Newton-Raphson方法进行线性搜索。方法进行线性搜索。Command:LNSRCHGUI:Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearLineSearch19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)预预测测矫矫正正：本本选选项项可可激激活活每每一一子子步步第第一一次次迭迭代代对自由度求解的预

30、测矫正。对自由度求解的预测矫正。Command:PREDGUI:Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearPredictor19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)c.输出控制输出控制控控制制打打印印输输出出：本本选选项项可可将将任任何何结结果果数数据据输输出出到到*.out文件中。文件中。Command:OUTPRGUI:Main MenuSolution-Load Step Opts-OutputCtrlsSoluPrintout19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)控制结果文件控制结果文件：控制：控制*.rth的内容。的内容。Comm

31、and:OUTRESGUI:Main MenuSolution-Load Step Opts-OutputCtrlsDB/ResultsFile19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)确定分析选项确定分析选项a.Newton-Raphson选项选项(仅对非线性分析有用仅对非线性分析有用)Command:NROPTGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)b.选择求解器选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解：可选择如下求解器中一个进行求解：Frontalsolver(默认）默认）JacobiConjugateGr

32、adient(JCG)solverJCGout-of-memorysolver Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG)solverPre-ConditionedConjugateGradientSolver(PCG)Iterative(automaticsolverselectionoption)19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)Command:EQSLVGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions注注意意：热热分分析析可可选选用用Iterative选选项项进进行行快快速速求求解解，但但如下情况除外：如下情

33、况除外：热分析包含热分析包含SURF19或或SURF22或超单元；或超单元；热辐射分析；热辐射分析；相变分析相变分析需要需要restartananalysis19.11.4施加载荷计算施加载荷计算(续续)c.确确定定绝绝对对零零度度：在在进进行行热热辐辐射射分分析析时时，要要将将目目前前的的温温度度值值换换算算为为绝绝对对温温度度。如如果果使使用用的的温温度度单单位位是是摄摄氏氏度度，此此值值应应设设定定为为273；如如果果使使用用的的是是华华氏度，则为氏度，则为460。Command:TOFFSTGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions19.11.4施加载荷计算

34、施加载荷计算(续续)保存模型保存模型:点击点击ANSYS工具条工具条SAVE_DB。求解求解Command:SOLVEGUI:MainMenuSolutionCurrentLS19.11.5后处理后处理uANSYS将将热热分分析析的的结结果果写写入入*.rth文文件件中中，它它包含如下数据：包含如下数据：基本数据：基本数据：节点温度节点温度导出数据：导出数据：节点及单元的热流密度节点及单元的热流密度节点及单元的热梯度节点及单元的热梯度单元热流率单元热流率节点的反作用热流率节点的反作用热流率其它其它19.11.5后处理后处理(续续)对对于于稳稳态态热热分分析析，可可以以使使用用POST1进进行行

35、后后处处理理，进进入入POST1后，读入载荷步和子步：后，读入载荷步和子步：Command:SETGUI:Main MenuGeneral Postproc-Read Results-ByLoadStep19.11.5后处理后处理(续续)可可以以通通过过如如下下三三种种方方式式查看结果：查看结果：彩色云图显示彩色云图显示Command:PLNSOL,PLESOL,PLETAB等等GUI:MainMenuGeneral PostprocPlotResultsNodalSolu,Element Solu,ElemTable19.11.5后处理后处理(续续)v对对3-D实实体体模模型型绘绘制制云云图

36、图时时，选选项项isosurfaces(等等值值面面)是是非非常常有有用用的的.用用/CTYPE命命令令或或UtilityMenuPlotCtrlsStyleContoursContourStyle.19.11.5后处理后处理(续续)矢矢量量图图显示显示Command:PLVECTGUI:Main Menu GeneralPostprocPlotResultsPre-definedorUserdefined19.11.5后处理后处理(续续)列表显示列表显示Command:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等等GUI:MainMenuGeneralPostprocListResultsNo

37、dalSolu,Element Solu,ReactionSolu19.11.5后处理后处理(续续)v检查结果是否正确检查结果是否正确v温度是否在预期的范围内温度是否在预期的范围内?在指定温度和热流边界的基础上，估计预期的范围在指定温度和热流边界的基础上，估计预期的范围v网格大小是否满足精度网格大小是否满足精度?和和受受力力分分析析一一样样，可可以以画画出出非非均均匀匀分分布布的的温温度度梯梯度度(单单元元解解)并并找找出出高高梯梯度度的的单单元元.这这些些区区域域可可作作为为重新定义网格时的参考重新定义网格时的参考若若节节点点温温度度梯梯度度（平平均均的的）和和单单元元温温度度梯梯度度（非非

38、平平均的）之间的差别很大，则可能是网格划分太粗糙均的）之间的差别很大，则可能是网格划分太粗糙19.12练习练习-稳态传热分析稳态传热分析某某一一潜潜水水艇艇可可以以简简化化为为一一圆圆筒筒，它它由由三三层层组组成成，最最外外面面一一层层为为不不锈锈钢钢，中中间间为为玻玻纤纤隔隔热热层层，最最里里面面为为铝铝层层，筒筒内内为为空空气气，筒筒外外为为海海水水，求求内内外外壁面温度及温度分布。壁面温度及温度分布。几何参数几何参数：筒外径：筒外径30feet总壁厚总壁厚2inch不锈钢层壁厚不锈钢层壁厚0.75inch玻纤层壁厚玻纤层壁厚1inch铝层壁厚铝层壁厚0.25inch筒长筒长200feet

39、导热系数导热系数：不锈钢：不锈钢8.27BTU/hr.ft.oF玻纤玻纤0.028 BTU/hr.ft.oF铝铝117.4 BTU/hr.ft.oF19.12.1边界条件边界条件边界条件边界条件：空气温度空气温度70oF海水温度海水温度44.5oF空气对流系数空气对流系数2.5BTU/hr.ft2.oF海水对流系数海水对流系数80BTU/hr.ft2.oF沿沿垂垂直直于于圆圆筒筒轴轴线线作作横横截截面面，得得到到一一圆圆环环，取取其其中中1度度进进行行分分析，如图示。析，如图示。19.12.2log文件文件/filename,Steady1/title,Steady-statethermala

40、nalysisofsubmarine/units,BFTRo=15!外径外径(ft)Rss=15-(0.75/12)!不锈钢层内径不锈钢层内径ft)Rins=15-(1.75/12)!玻璃纤维层内径玻璃纤维层内径(ft)Ral=15-(2/12)!铝层内径铝层内径(ft)Tair=70!潜水艇内空气温度潜水艇内空气温度Tsea=44.5!海水温度海水温度Kss=8.27!不锈钢的导热系数不锈钢的导热系数(BTU/)Kins=0.028!玻璃纤维的导热系数玻璃纤维的导热系数(BTU/)19.12.2log文件文件(续续)Kal=117.4!铝的导热系数铝的导热系数(BTU/)Hair=2.5!空

41、空气气的的对对流流系系数数(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80!海海水水的的对对流流系系数数(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55!定义二维热单元定义二维热单元mp,kxx,1,Kss!设定不锈钢的导热系数设定不锈钢的导热系数mp,kxx,2,Kins!设定玻璃纤维的导热系数设定玻璃纤维的导热系数mp,kxx,3,Kal!设定铝的导热系数设定铝的导热系数pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!创建几何模型创建几何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,all19.12.2log文件文件(

42、续续)numcmp,arealesize,1,16!设定划分网格密度设定划分网格密度lesize,4,4lesize,14,5lesize,16,2eshape,2!设定为映射网格划分设定为映射网格划分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,319.12.2log文件文件(续续)/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,TAIR!施加空气对流边界施加空气对流边界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA!施加海水对流边界施加海水对流边界SOLVE/POST1PLNSOL！输出温度彩色云图！输出温度彩色云图finish19.12.3菜单操作菜单操作菜单操作菜单操作:

43、1.UtilityMenuFilechangejobname,输入输入Steady1；2.Utility MenuFilechange title,输输 入入 Steady-statethermalanalysisofsubmarine；3.在命令行输入在命令行输入:/units,BFT；4.MainMenu:Preprocessor；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)5.Main Menu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete,选选 择择PLANE55；6.Main Menu:Preprocessor Material Prop -Constant

44、-Isotropic,默默认认材材料料编编号号为为1,在在KXX框框中中输输入入8.27,选选择择APPLY,输输 入入 材材 料料 编编 号号 为为 2,在在KXX框框中中输输入入0.028,选选择择APPLY,输输入入材材料料编编号号为为3,在在KXX框框中中输输入入117.4；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)7.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleByDimensions在在RAD1中中输输入入15,在在RAD2中中输输入入15-(.75/12),在在THERA1中中输输入入-0.5,在在THERA2中中输输入入0.5

45、,选择选择APPLY;在在RAD1中中输输入入15-(.75/12),在在RAD2中中输输入入15-(1.75/12),选择选择APPLY;在在RAD1中中输输入入15-(1.75/12),在在RAD2中中输输入入15-2/12,选择选择OK；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)8.Main Menu:Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,选择选择PICKALL；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)9.MainMenu:Preprocessor-Meshing-SizeContrls-Lines-PickedLines选选择择不不锈

46、锈钢钢层层短短边边,在在NDIV框框中中输输入入4,选选择择APPLY;19.12.3菜单操作菜单操作(续续)选选择择玻玻璃璃纤纤维维层层的的短短边边,在在NDIV框框中中输输入入5,选选择择APPLY;选择铝层的短边选择铝层的短边,在在NDIV框中输入框中输入2,选择选择APPLY;选择四个长边选择四个长边,在在NDIV中输入中输入16；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)10.MainMenu:Preprocessor-Attributes-DefinePickedArea选择不锈钢层选择不锈钢层,在在MAT框中输入框中输入1,选择选择APPLY;选择玻璃纤维层选择玻璃纤维层,在在MAT

47、框中输入框中输入2,选择选择APPLY;选择铝层选择铝层,在在MAT框中输入框中输入3,选择选择OK；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)11.Main Menu:Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3or4sided,选择选择PICKALL；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)12.MainMenu:Solution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOnlines选选择择不不锈锈钢钢外外壁壁,在在VALI框框中中输输入入80,在在VAL2I框框中输入中输入44.5,选择选择APPLY;19.12.3菜单操作菜单操作(续续

48、)选选择择铝铝层层内内壁壁,在在VALI框框中中输输入入2.5,在在VAL2I框框中中输入输入70,选择选择OK；19.12.3菜单操作菜单操作(续续)13.MainMenu:Solution-Solve-CurrentLS；14.Main Menu:General PostprocPlot Results-ContourPlot-NodalSolu,选择选择Temperature。19.13ANSYSVerificationManual中关于稳态热分析的实例中关于稳态热分析的实例vVM58Centerline temperature of a heat generating wirevVM9

49、2Insulted wall temperaturevVM93Temperature dependent conductivityvVM94Heat generating platevVM95Heat transfer from a cooling spinevVM96Temperature distribution in a short solid cylindervVM97Temperature distribution along a straight finvVM98Temperature distribution along a tapered finvVM99Temperature

50、 distribution in a trapezoidal finvVM100Heat conductivity across a chimney section19.13ANSYSVerificationManual中关于稳态热分析的实例中关于稳态热分析的实例(续续)vVM101Temperature distribution in a short solid cylindervVM102Cylinder with temperature dependent conductivityvVM103Thin plate with a central heat sourcevVM105Heat