ANSYS稳态热分析

ANSYS流体及热场分析

第 7 章 非稳态热分析及实例详解

本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识，主要包括非稳态热分析的应用、非稳态热分析单元、非稳态热分析的基本步骤。

本章要点

? 非稳态导热的基本概念 ? 非稳态热分析的应用 ? 非稳态热分析单元 ?

分析的基本步骤

本章案例

? 钢球非稳态传热过程分析

? 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 ? 高温铜导线冷却过程分析

1

第7章 非稳态热分析

7.1 非稳态热分析概述

物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随着时间的推移而变化的特性可以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。

ANSYS流体及热场分析

第 7 章 非稳态热分析及实例详解

本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识，主要包括非稳态热分析的应用、非稳态热分析单元、非稳态热分析的基本步骤。

本章要点

? 非稳态导热的基本概念 ? 非稳态热分析的应用 ? 非稳态热分析单元 ?

分析的基本步骤

本章案例

? 钢球非稳态传热过程分析

? 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 ? 高温铜导线冷却过程分析

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第7章 非稳态热分析

7.1 非稳态热分析概述

物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随着时间的推移而变化的特性可以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。

/PREP7

/TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction

/UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches)

! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run

ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3

MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table

MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12

! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values

MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.1

ANSYS热分析指南

第一章 简 介

一、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。

二、ANSYS的热分析

? 在

ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、

ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。

? 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。

? ANSYS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。

三、ANSYS 热分析分类

? 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

四、耦合分析

? 热－结构耦合 ? 热－流体耦合 ? 热－电耦合 ? 热－磁耦合

? 热－电－磁－结构耦合等

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ANSYS热分析指南

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第一章 简 介

一、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。

二、ANSYS的热分析

? 在

ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、

ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。

? 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。

? ANSYS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。

三、ANSYS 热分析分类

? 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

四、耦合分析

? 热－结构耦合 ? 热－流体耦合 ? 热－电耦合 ? 热－磁耦合

? 热－电－磁－结构耦合等

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ANSYS热分析指南

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第一章 简 介

一、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。

二、ANSYS的热分析

? 在

ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、

ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。

? 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。

? ANSYS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。

三、ANSYS 热分析分类

? 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

四、耦合分析

? 热－结构耦合 ? 热－流体耦合 ? 热－电耦合 ? 热－磁耦合

? 热－电－磁－结构耦合等

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ANSYS热分析指南

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目 录

第一章 简介……………………………………………………………………….1

一、热分析的目的…………………………………………………………1 二、ANSYS的热分析………………………………………………………1 三、ANSYS热分析分类……………………………………………………1 四、 耦合分析…………………………………………………………….1 第二章 基础知识…………………………………………………………………2

一、 符号与单位………………………………………………………….2 二、 传热学经典理论回顾………………………………………………2 三、 热传递的方式………………………………………………………3 四、 稳态传热……………………………………………………………3 五、 瞬态传热……………………………………………………………4 六、 线性与非线性………………………………………………………4 七、 边界条件、初始条件…………………………………………………4 八、 热分析误差估计……………………………………………………4 第三章 稳态传热分析……………………………………………………………5

一、 稳态传热的定义………

ANSYS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《ANSYS Theory Reference》。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

【转】 热-结构耦合分析

知识掌握篇 2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小 订阅

热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分 布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发 生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析, 然后在进行结构分析.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.本章主要介绍在ANSYS中进行稳 态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析. 21.1 热-结构耦合分析简介

热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的 分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即 先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作 为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知 识,然后再学习耦合分析方法. 21.1.1 热分析基本知识

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

【转】 热-结构耦合分析

知识掌握篇 2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小 订阅

热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分 布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发 生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析, 然后在进行结构分析.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.本章主要介绍在ANSYS中进行稳 态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析. 21.1 热-结构耦合分析简介

热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的 分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即 先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作 为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知 识,然后再学习耦合分析方法. 21.1.1 热分析基本知识

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