热分析61.ppt
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1、Training Manual热热热热 分分分分 析析析析INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual热分析的目的热分析的目的热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失、热梯度、热流密度(热通量等。热分析在许多工程应用中扮演重要角色,如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training ManualANSYS的热分析的热分析 l在ANSYS/Multiphys
2、ics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能。l ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温度,并导出其它热物理参数。lANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外,还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。稳态传热:系统的温度场不随时间变化瞬态传热:系统的温度场随时间明显变化INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual基本概念、符号与单位基本概念、符号与单位 项目项
3、目国际单位国际单位英制单位英制单位ANSYS代号代号长度mft英尺时间ss质量Kglbm磅质量温度oF力Nlbf能量(热量)JBTU英制热单位功率(热流率)WBTU/sec热流密度W/m2BTU/sec-ft2生热速率W/m3BTU/sec-ft3导热系数W/m-BTU/sec-ft-oFKXX对流系数W/m2-BTU/sec-ft2-oFHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比热J/Kg-BTU/lbm-oFC焓J/m3BTU/ft3ENTH表征物体吸收的热量,为一个体系的内能与体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积之和INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCT
4、ION TO ANSYS 11.0Training Manual热传递的方式热传递的方式 1、热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律:qn=-k*(dT/dx)2、热对流热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间,由于温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为两类:自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述:qn=h*(TS-TB)3、热辐射热辐射指物体发射电磁能,并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。物体温度越高,单位时间辐射的热量越多。热传导和热对流都需要有传热介质,而热辐射无须任何介质。实质上,在真空
5、中的热辐射效率最高。q=A1F12(T14-T24)INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual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:、材料热性能随温度变化,如K(T),C(T)等;、边界条件随温度变化,如h(T)等;、含有非线性单元;、考虑辐射传热非线性热分析的热平衡矩阵方程为:C(T)+K(T)T=Q(T)GuidelinesINTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual单元类型单元类型下表
6、为常用的热单元类型。下表为常用的热单元类型。节点自由度是:节点自由度是:TEMP。常用的热单元类型第第第第1212章章章章 A.A.前处理前处理前处理前处理网格划分网格划分网格划分网格划分材料特性材料特性至少需要至少需要 Kxx 稳态分析热传导系数。稳态分析热传导系数。如果施加内部热生成,则需要比热如果施加内部热生成,则需要比热(C)。优先设置为优先设置为“thermal”(热分析),在热分析),在 GUI 方式中只显示热材料特性。方式中只显示热材料特性。实常数实常数主要用于壳和线单元。主要用于壳和线单元。INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO AN
7、SYS 11.0Training Manual热荷载可以是:热荷载可以是:温度温度模型中温度已知的范围。模型中温度已知的范围。热流热流热流率已知的点。热流率已知的点。热通量热通量单位面积上热流率已知的表面。单位面积上热流率已知的表面。对流对流热通过表面对流传给周围流体(或传入)热通过表面对流传给周围流体(或传入)。输入输入对流换热系数对流换热系数 h,流体的平均温度流体的平均温度 Tb。热生成热生成体热生成率已知的范围。体热生成率已知的范围。绝热面绝热面“绝热面绝热面”,该面不发生热传递。该面不发生热传递。辐射辐射通过辐射产生热传递的面,输入辐射系数,通过辐射产生热传递的面,输入辐射系数,St
8、efan-Boltzmann常数,常数,“空间节点空间节点”温度作为可选项输温度作为可选项输入入。第第第第1212章章章章 B.B.求解求解求解求解概述概述概述概述INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual温度约束温度约束在模型上给定已知温度。在模型上给定已知温度。施加温度约束:施加温度约束:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalTemperature选择施加约束的实体类型。选择施加约束的实体类型。在图形窗口拾取相应的实体。在图形窗口拾取相应的实体。然后输入温度值
9、,缺省值为零。然后输入温度值,缺省值为零。或使用或使用 D 系列命令:系列命令:DK,DL,DA,D.第第第第1212章章章章 B.B.求解求解求解求解温度约束温度约束温度约束温度约束INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual施加热流,需要给出以下信息:施加热流,需要给出以下信息:节点或关键点号(也可以拾取)节点或关键点号(也可以拾取)热流值热流值(单位必须与采用的单位制一致)单位必须与采用的单位制一致)使用:使用:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalHeatF
10、low或用命令或用命令 FK 或或 F第第第第1212章章章章 B.B.求解求解求解求解集中热流集中热流集中热流集中热流INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual热通量:热通量:施加热通量:施加热通量:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalHeatflux选择施加热通量的实体模型,选择施加热通量的实体模型,2-D模型模型一般在线上,一般在线上,3-D 模型在面上。模型在面上。在图形窗口拾取相应实体。在图形窗口拾取相应实体。然后输入热通量值。然后输入热通量值。或使用
11、或使用 SF 系列命令:系列命令:SFL,SFA,SFE,SF。第第第第1212章章章章 B.B.求解求解求解求解热通量热通量热通量热通量INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual对流荷载对流荷载施加对流施加对流:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalConvection选择施加对流的实体模型,通常选择施加对流的实体模型,通常 2-D 模型是在线上,模型是在线上,3-D 模型是在面上。模型是在面上。在图形窗口中拾取所需实体。在图形窗口中拾取所需实体。然后输入对流换
12、热系数和环境温度值。然后输入对流换热系数和环境温度值。或使用或使用 SF 系列命令:系列命令:SFL,SFA,SFE,SF。第第第第1212章章章章 B.B.求解求解求解求解对流对流对流对流INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual热生成热生成施加热生成:施加热生成:MaineMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalHeatGeneration选择施加热生成的实体模型,通常对选择施加热生成的实体模型,通常对 2-D 模型是在面上,模型是在面上,3-D 模型是在体模型是在体上
13、。上。在图形窗口拾取相应的实体。在图形窗口拾取相应的实体。然后输入热生成值。然后输入热生成值。或使用或使用 BF 系列命令:系列命令:BFL,BFA,BFE,BF。第第第第1212章章章章 B.B.求解求解求解求解热生成热生成热生成热生成INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual绝热面绝热面“完全绝热完全绝热”面,该面不发生任何热传递。面,该面不发生任何热传递。这是缺省条件,即,没有指定边界条件的任何面这是缺省条件,即,没有指定边界条件的任何面自动作为绝热面处理自动作为绝热面处理第第第第1212章章章章
14、 B.B.求解求解求解求解绝热面绝热面绝热面绝热面INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual改变和删除荷载改变和删除荷载改变荷载值,只需用新的荷载代替原来荷改变荷载值,只需用新的荷载代替原来荷载即可。载即可。删除荷载:删除荷载:MainMenuSolutionDefineLoadsDelete删除实体模型荷载时,删除实体模型荷载时,ANSYS 自动删自动删除所有相应的有限元荷载除所有相应的有限元荷载第第第第1212章章章章 B.B.求解求解求解求解改变和删除荷载改变和删除荷载改变和删除荷载改变和删除荷载
15、INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual稳态与瞬态分析稳态与瞬态分析稳态分析,假定荷载是稳定状态,几乎不随时间变化。稳态分析,假定荷载是稳定状态,几乎不随时间变化。瞬态分析,指荷载随时间而变化。瞬态分析,指荷载随时间而变化。例如,假定分析电熨斗,开始例如,假定分析电熨斗,开始1 分钟到温度不再变化的热状态。分钟到温度不再变化的热状态。电熨斗开始一分钟的运行状态应该是瞬态分析。电熨斗开始一分钟的运行状态应该是瞬态分析。而后到温度不再变化是稳态分析。而后到温度不再变化是稳态分析。第第第第1212章章章章
16、B.B.求解求解求解求解求解选择求解选择求解选择求解选择INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual热分析结果观察一般包括:热分析结果观察一般包括:温度分布温度分布热梯度分布热梯度分布热流通量分布热流通量分布第第第第1212章章章章 C.C.后处理后处理后处理后处理观察结果观察结果观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual温度分布:温度分布:画温度等值线图:画温度等值线图:GeneralPostpr
17、ocPlotResultsContourPlotNodalSolutionTemperature或使用或使用 PLNSOL 命令。命令。第第第第1212章章章章 C.C.后处理后处理后处理后处理观察结果观察结果观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual热梯度:热梯度:画热梯度等值线图:画热梯度等值线图:GeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu或用或用 PLNSOL 命令命令GeneralPostprocPlotResultsContou
18、rPlotElementSolu或用或用 PLESOL 命令命令第第第第1212章章章章 C.C.后处理后处理后处理后处理观察结果观察结果观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual热流通量:热流通量:画热通量等值线图:画热通量等值线图:GeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu或用或用 PLNSOL 命令命令GeneralPostprocPlotResultsContourPlotElementSolu或用或用 PLESOL 命令命令第第
19、第第1212章章章章 C.C.后处理后处理后处理后处理观察结果观察结果观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual反向热流反向热流反向热流率之和必须与施加的热流率之和相等。反向热流率之和必须与施加的热流率之和相等。最好列表检查:最好列表检查:GeneralPostprocessorListResultsReactionSolution或用或用 PRRSOL 命令。命令。第第第第1212章章章章 C.C.后处理后处理后处理后处理观察结果观察结果观察结果观察结果INTRODUCTION TO
20、ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual检查结果,以确信解是可靠的。根据求解问题的类型,确定要检检查结果,以确信解是可靠的。根据求解问题的类型,确定要检查的内容。但是,有几个典型问题值得注意:查的内容。但是,有几个典型问题值得注意:有限元计算结果与手工计算或实验数据是否一致?有限元计算结果与手工计算或实验数据是否一致?温度解是否正确?应先检查温度解是否正确?应先检查 FEA 温度解,因为温度解,因为 FEA 热通量是二热通量是二阶结果。阶结果。反向热流是否与施加的热流平衡?反向热流是否与施加的热流平衡?最大热流位置在哪儿?最大热流位
21、置在哪儿?如果热流奇异,例如是点荷载或凹角处,热流值通常没有意如果热流奇异,例如是点荷载或凹角处,热流值通常没有意义。义。第第第第1212章章章章 C.C.后处理后处理后处理后处理检查结果检查结果检查结果检查结果INTRODUCTION TO ANSYS 11.0INTRODUCTION TO ANSYS 11.0Training Manual网格精度是否足够?网格精度是否足够?这始终是一个有争议的问题,但可以通过误差估计来确定网这始终是一个有争议的问题,但可以通过误差估计来确定网格精度是否足够格精度是否足够.其它检查网格精度的方法:其它检查网格精度的方法:画单元解(非平均结果),发现热通量梯
22、度高的单元,这画单元解(非平均结果),发现热通量梯度高的单元,这些单元所在位置是网格应该细分的区域。些单元所在位置是网格应该细分的区域。如果节点(平均)和单元(非平均)的热通量等值图有较如果节点(平均)和单元(非平均)的热通量等值图有较大差别,则网格可能太粗。大差别,则网格可能太粗。同样,若同样,若 PowerGraphics 与与 full graphics 方式显示的热通方式显示的热通量有显著区别,网格划分可能太粗。量有显著区别,网格划分可能太粗。将单元细分为原来的两倍,然后求解比较结果(这通常不将单元细分为原来的两倍,然后求解比较结果(这通常不一定可行)。一定可行)。第第第第1212章章
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- 分析 61
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