ANSYS热分析指南

ANSYS热分析指南目录第一章简介......................................................1-11.1热分析的目的...............................................1-11.2ANSYS中的热分析............................................1-11.3热分析的类型...............................................1-11.4耦合场分析................................................1-21.5关于菜单路径和命令语法.......................................1-2第二章基础知识...................................................2-12.1符号与单位................................................2-12.2传热学经典理论回顾..........................................2-12.3热传递的方式..............................................2-22.4稳态传热.................................................2-22.5瞬态传热.................................................2-22.6线性与非线性..............................................2-32.7边界条件和初始条件..........................................2-32.8热分析误差估计.............................................2-3第三章稳态热分析..................................................3-13.1稳态传热的定义.............................................3-13.2热分析的单元..............................................3-13.3热分析的基本过程...........................................3-33.4建模....................................................3-33.5施加荷载和求解.............................................3-33.6稳态热分析的实例1－带接管的圆筒罐.................................3-113.7稳态热分析的实例2－利用表格边界条件进行热分析.......................3-183.8《ANSYSVerificaionManual》中与热分析相关的实例........................3-22第四章瞬态热分析..................................................4-14.1瞬态传热的定义.............................................4-14.2瞬态热分析中使用的单元和命令..................................4-14.3瞬态热分析的过程...........................................4-14.4建模....................................................4-24.5施加荷载和求解.............................................4-24.6后处理...................................................4-64.7相变问题.................................................4-74.8瞬态热分析的实例1..........................................4-84.9瞬态热分析的实例2...............................................4-134.10《ANSYSVerificaionManual》中与瞬态热分析相关的实例....................4-14第五章表面效应单元...............................................5-15.1简介.....................................................5-15.2表面效应单元在热分析中的应用...................................5-15.3表面效应单元的有关热分析设置选项................................5-15.4表面效应单元的实常数.........................................5-25.5表面效应单元的材料属性.......................................5-2IANSYS热分析指南5.6创建无孤立节点的表面效应单元...................................5-35.7创建带孤立节点的表面效应单元...................................5-35.8管流单元热分析.............................................5-35.9表面效应单元的实例1－冷却栅的热分析............................5-45.10表面效应单元的实例2－圆管热分析..................................5-11第六章热辐射分析..................................................6-16.1热辐射的定义...............................................6-16.2基本概念..................................................6-16.3分析热辐射问题.............................................6-26.4节点间的热辐射.............................................6-26.5点与面间的热辐射...........................................6-26.6AUX12－辐射矩阵生成器........................................6-36.7使用空间节点的几点建议.......................................6-66.8使用AUX12的几点注意事项......................................6-66.9Radiosity求解器方法........................................6-76.10静态热辐射分析的几点建议.....................................6-96.11热辐射分析实例1................................................6-106.12热辐射分析实例2................................................6-156.13热辐射分析实例3................................................6-176.14《ANSYSVerificaionManual》中与热辐射分析相关的实例....................6-18第七章热应力分析..................................................7-17.1热应力分析的分类............................................7-17.2间接法进行热应力分析的步骤....................................7-17.3间接法热应力分析实例.........................................7-27.4直接法热应力分析实例........................................7-7IIANSYS热分析指南第一章简介1.1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，我们一般关心的参数有：•温度的分布•热量的增加或损失•热梯度•热流密度热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等等。通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。1.2ANSYS中的热分析ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、ANSYS/FLOTRAN四种产品中支持热分析功能。ANSYS热分析基于由能量守恒原理导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYSTheoryReference》。ANSYS使用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。ANSYS可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。1.2.1对流热对流在ANSYS中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。首先需要输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS将计算出通过表面的热流量。如果对流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系数。1.2.2辐射ANSYS提供了四种方法来解决非线性的辐射问题：•辐射杆单元（LINK31）•使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或SURF152-3D）•在AUX12中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析•使用Radiosity求解器方法有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。1.2.3特殊的问题除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS热分析还可以解决一些诸如：相变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。例如，可使用热质点单元MASS71模拟随温度变化的内部热生成。1.3热分析的类型ANSYS支持两种类型的热分析：1．稳态热分析确定在稳态的条件下的温度分布及其他热特性，稳态条件指热量随时间的变化可以忽略。2．瞬态热分析则计算在随时间变化的条件下，温度的分布和热特性。IIIANSYS热分析指南1.4耦合场分析ANSYS中可与热分析进行耦合的方式有热—结构、热－电磁等。耦合场分析可以使用ANSYS中的矩阵耦合单元，或者在独立的物理环境中使用序惯荷载耦合。有关耦合场分析的详细描述，请参阅《ANSYSCoupled-FieldAnalysisGuide》。1.5关于菜单路径和命令语法在本指南中，您将会看到相关的ANSYS命令及其等效的菜单路径。这些参考的命令仅仅包括命令名，因为并不总是需要指定所有的参数，而且不同的参数组合会有不同的作用。有关ANSYS命令的更多的叙述，请参考《