ANSYS之杯具热分析

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《热分析ansys教程》课件

05
热分析优化设计
优化设计的基本概念
01
优化设计是一种通过数学模型和计算机技术，寻找满足特定条件下的最优设计方案的方法。
02
优化设计的基本概念包括目标函数、设计变量、约束条件和求
解算法等。
热分析优化设计是针对热学问题，通过优化设计来提高产品的
03
热性能和降低能耗。
ANSYS优化设计的步骤
定义设计变量
网格质量检查
对生成的网格进行检查，确保网格质量良好，没有出现奇异点或扭曲。
边界条件的设置
确定边界条件
根据分析对象的实际情况，确定合适的边界条件，如温度、热流率等。
设置边界条件
在ANSYS软件中，将确定的边界条件应用到几何模型上。
验证边界条件
对设置的边界条件进行验证，确保其合理性和准确性。
04
傅里叶定律
热量传递与温度梯度成正比，即热流密度与温度梯度成正比。
牛顿冷却定律
物体表面与周围介质之间的温差与热流密度成正比。
热力学第一定律
能量守恒定律，表示系统能量的增加等于传入系统的热量与系统对外界所做的功之和。
热分析的三种基本类型
稳态热分析
系统达到热平衡状态时的温度分布。
瞬态热分析
系统随时间变化的温度分布。
网格划分问题
网格划分不均匀
在某些区域，网格可能过于密集，而在其他区域则可能过于稀疏，这可能导致求解精度下降或求解失败。
网格自适应调整问题
在某些情况下，ANSYS可能无法正确地自适应调整网格，导致求解结果不准确。
网格划分问题
手动调整网格
手动调整网格密度，确保在关键区域有足够的网格密度。
使用更高级的网格划分工具

热分析(ansys教程)

1. 对流边界条件：需要提供对流系数、流体温度和表面传热系数等信息。
3. 初始条件：确保初始温度等初始条件设置合理，不会导致求解过程不稳定。
求解收敛问题
•·
1. 迭代方法：选择合适的迭代方法，如共轭梯度法、牛顿-拉夫森法等。
2. 松弛因子调整：根据求解过程，适时调整松弛因子，以提高求解收敛速度。
稳态热分析的步骤
建立模型
使用ANSYS的几何建模工具创建分析对象的几何模型。
后处理
使用ANSYS的后处理功能，查看和分析结果，如温度云图、等温线等。
网格化
对模型进行网格化，以便进行数值计算。 ANSYS提供了多种网格化工具和选项，可以根据需要进行选择。
求解
运行求解器以获得温度分布和其他热分析结果。
电子设备散热分析
研究电子设备在工作状态下的散热性能，提高设备可靠性和使用寿命。
06 热分析的常见问题与解决方案
网格划分问题
网格划分是热分析中重要的一步，如果处理不当，可能导致求解精度和稳定性问题。
•·
1. 网格无关性：确保随着网格数量的增加，解的收敛性得到改善，且解不再发生大的变化。
03 稳态热分析
稳态热分析的基本原理
01
稳态热分析是用于确定物体在稳定热载荷作用下的温度分布。在稳态条件下，物体的温度场不随时间变化，热平衡状态被建立，流入和流出物体的热量相等。
02
稳态热分析基于能量守恒原理，即流入物体的热量等于流出物体的热量加上物体内部热量的变化。
03
稳态热分析通常用于研究物体的长期热行为，例如散热器的性能、电子设备的热设计等。
热分析的基本原理基于能量守恒定律，即物体内部的能量变化应满足能量守恒关系。

ANSYS热分析详解

ANSYS热分析详解ANSYS是一种常用的工程仿真软件，具有强大的多物理场耦合分析能力，其中热分析是其中一个重要的应用领域。

在ANSYS中进行热分析可以帮助工程师更好地了解物体在温度变化条件下的行为，从而优化设计方案。

下面将详细介绍ANSYS热分析的原理与流程。

首先，在进行ANSYS热分析前，需要进行前期准备工作。

包括建立几何模型，定义边界条件和导入材料参数等。

在建立几何模型时，可以使用ANSYS提供的建模工具或者导入CAD文件。

然后，需要定义材料参数，如热导率、比热等。

最后，需要定义边界条件，包括外界温度、边界热流、边界散热系数等。

接下来，进行热传导分析。

热传导分析是热分析的基础，用于计算物体内部的温度分布。

在ANSYS中，可以选择稳态或者瞬态分析。

对于稳态分析，需要设置收敛准则，使计算结果达到稳定状态。

对于瞬态分析，需要设置时间步长和总的仿真时间。

在进行计算时，ANSYS会利用有限元法对物体的几何形状进行离散化处理，并通过求解热传导方程来计算温度分布。

在得到物体内部的温度分布后，可以进行热应力分析。

热应力分析是在热传导分析的基础上引入力学应力计算的过程。

在ANSYS中，可以通过多物理场耦合分析的功能来实现。

首先，需要定义材料的线性热膨胀系数和弹性模量等力学参数。

然后，可以选择求解热固结方程和弹性平衡方程，来计算物体在温度变化条件下的应力分布。

除了热应力分析，还可以进行热辐射分析。

热辐射分析是在热传导分析的基础上引入辐射传热计算的过程。

在ANSYS中，可以选择不同的辐射模型来计算物体在温度变化条件下的辐射传热。

常用的辐射模型包括黑体辐射模型和灰体辐射模型等。

通过热辐射分析可以得到物体的辐射换热通量和辐射热功率等重要参数。

最后，进行结果分析和后处理。

在ANSYS中，可以对热分析的结果进行可视化和数据分析。

可以绘制温度云图、热应力云图等，从而更好地理解物体在热变形条件下的行为。

此外，还可以导出计算结果，并进行后续的工程设计和优化。

ANSYS热分析详解

ANSYS热分析详解ANSYS（工程仿真软件）是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件。

它不仅可以进行结构力学分析，还可以进行热分析。

热分析是通过数值模拟来研究物体在不同温度和热载荷条件下的热行为。

下面将详细介绍ANSYS热分析的一般步骤和常见应用。

热分析的步骤通常包括几个关键步骤：1.几何建模：通过ANSYS软件创建物体的三维几何模型。

可以使用软件内置的几何建模工具或从其他CAD软件导入几何模型。

2.材料定义：选择适当的材料，并在ANSYS中定义其热特性，如导热系数、比热容和线膨胀系数等。

3.网格划分：将几何模型分割成许多小单元，称为有限元。

每个有限元具有一组方程来描述其热行为。

网格划分的质量直接影响到最终结果的准确性，因此需要仔细选择合适的网格划分方法。

4.边界条件：指定物体的边界条件，如温度、热流、辐射、对流等。

这些边界条件会影响物体的热传导和热平衡。

5.求解：通过解决一组非线性偏微分方程来计算物体的温度分布。

ANSYS使用有限元方法来求解这些方程，并返回物体在不同点上的温度值。

6.后处理：对计算结果进行可视化和分析。

ANSYS可以绘制温度分布图、热通量图、温度梯度图等，以帮助用户更好地理解和分析物体的热行为。

1.电子器件散热分析：在电子设备中，散热问题常常是一个关键问题。

通过ANSYS热分析，可以评估电子器件所产生的热量，以及散热器的性能，从而确保设备的可靠性和性能。

2.汽车发动机冷却分析：汽车发动机的性能和寿命受限于冷却系统的效果。

ANSYS热分析可以帮助评估不同冷却系统的性能，并优化设计以提高发动机的效率和耐久性。

3.压力容器热应力分析：在高温和高压条件下，压力容器可能会发生热应力。

ANSYS热分析可以帮助评估容器的热应力，并指导合适的设计改进。

4.太阳能热系统分析：太阳能是一种可再生能源，可以通过太阳能热系统将太阳能转化为热能。

ANSYS热分析可以帮助评估太阳能热系统的性能，并优化设计以提高能量转化效率。

ANSYS的热分析指南

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－结构耦合等第二章基础知识一、符号与单位项目国际单位英制单位ANSYS 代号长度 m ft 时间 s s 质量 Kg lbm 温度 ℃ o F 力N lbf 能量（热量） J BTU 功率（热流率） W BTU/sec 热流密度 W/m 2 BTU/sec-ft 2 生热速率 W/m 3 BTU/sec-ft 3 导热系数 W/m-℃ BTU/sec-ft-o F KXX 对流系数 W/m 2-℃ BTU/sec-ft 2-o FHF 密度 Kg/m 3 lbm/ft 3 DENS 比热 J/Kg-℃ BTU/lbm-o F C 焓J/m 3BTU/ft 3ENTH二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律:l对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=−式中: Q —— 热量;W —— 作功;∆U ——系统内能; ∆KE ——系统动能； ∆PE ——系统势能；l 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； l 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ∆=；l对于稳态热分析：0=∆=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； l对于瞬态热分析：dtdUq =，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。

《热分析ansys教程》课件

汽车发动机热分析
总结词
汽车发动机热分析用于研究发动机工作过程中的热量传递和热应力分布，以提高发动机效率和可靠性。
详细描述
发动机是汽车的核心部件，其工作过程中会产生大量的热量。通过热分析，工程师可以了解发动机内部的温度分布和热应力状况，优化发动机设计，提高其燃油效率和耐久性
。
建筑物的温度分布分析
热分析的基本原理
热分析是研究温度场分布、变化和传递规律的科学，其基本原理包括能量守恒、热传导、对流和辐射等。
热分析的应用领域
热分析广泛应用于能源、动力、化工、机械、电子等众多领域，涉及传热、燃烧、材料热物性、电子器件散热等方面。
热分析的常用软件
ANSYS是国际上最流行的热分析软件之一，具有强大的建模、网格划分、加载、求解和后处理功能，广泛应用于工程实际和科学研究。
模拟系统在稳定状态下温度分布和热流密度的计算方法
总结词
适用于研究系统在稳定状态下的热性能和热量传递机制。
详细描述
稳态热分析用于计算系统在稳定状态下温度分布和热流密度，不考虑时间因素，只考虑热平衡状态。
详细描述
在稳态热分析中，系统的温度分布和热流密度不随时间变化，因此可以忽略时间积分效应，简化计算过程。
施加边界条件和载荷
根据实际情况，为模型的边界施加固定温度、热流等边界条件，以及热载荷。
求解和结果查看
选择求解器
根据模型的大小和复杂程度，选择合适的求解器进行求解。
结果后处理与查看
查看温度分布、热流分布等结果，并进行必要的后处理，如云图显示、数据导出等。
03
热分析的常用方法
稳态热分析
总结词
COMSOL Multiphysics

ANSYS热分析详解解析

ANSYS热分析详解解析ANSYS是一种强大的有限元分析软件，可以用于各种工程领域的仿真和优化。

其中热分析是ANSYS的一个重要应用之一，可以帮助工程师预测和优化物体在热载荷下的性能。

下面将详细解析ANSYS热分析的相关内容。

首先，热分析是通过求解热传导方程来模拟物体的温度场分布。

热传导方程描述了物体内部的热传导行为，可以用来计算物体不同部位的温度。

在ANSYS中，可以通过设置边界条件、材料属性和加热源等参数来进行热分析。

对于热分析，首先需要定义模型的几何形状。

在ANSYS中，可以使用几何建模工具创建物体的三维模型，或者导入其他CAD软件的模型文件。

然后，在几何模型上定义网格，将物体划分为小的单元，以便求解热传导方程。

ANSYS提供了自动网格划分工具，可以根据用户设置的参数自动生成网格。

接下来，需要为每个单元指定材料属性。

不同材料的热导率、热容和密度等参数不同，会对热传导方程的求解结果产生影响。

在ANSYS中，可以预定义一些常用材料的属性，例如金属、塑料、陶瓷等，并可以根据需要创建自定义材料的属性。

在热分析中，还需要定义物体表面的边界条件。

边界条件可以是固定温度、固定热流量或者固定热通量等。

通过设置合适的边界条件，可以模拟各种实际情况下的热载荷。

例如，在电子设备的热分析中，可以将电子元件的表面设置为固定温度，以模拟电子元件的热散热行为。

除了边界条件，还可以在模型中添加加热源。

加热源可以是点热源、面热源或体热源等。

通过设置加热源的功率和位置，可以模拟物体在外界热源的作用下的温度分布。

例如，在汽车发动机的热分析中，可以将汽缸的燃烧室设置为体热源，以模拟燃烧产生的热量对发动机的影响。

在设置完模型参数后，可以使用ANSYS的求解器来求解热传导方程。

求解器会将边界条件、材料属性和加热源等参数代入到热传导方程中，并计算出物体的温度场分布。

在求解过程中，可以通过设置收敛准则来控制求解的精度和稳定性。

求解完热传导方程后，可以使用ANSYS提供的后处理工具来分析结果。

热分析(ansys教程)..

施加载荷计算(续)
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: SF GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-
热传递的方式(续)
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，在真空中的热辐射效率最高。
✓ 在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，
系统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的
稳态传热
➢ 如果系统的净热流率为０，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：q流入+q 生成-q流出=0，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为(以矩阵形式表示):[K]{T}={Q}
➢ 式中： [K]为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；{T}为节点温度向量；{Q}为节点热流率向量，包含热生成；
✓ 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
ANSYS的热分析分类
❖ ANSYS的热分析分类 ✓ 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 ❖ 与热有关的耦合分析 ✓ 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

ANSYS热分析详解

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－结构耦合等第二章基础知识一、符号与单位W/m 2-℃二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律:●对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=-式中: Q —— 热量;W —— 作功;∆U ——系统内能; ∆KE ——系统动能； ∆PE ——系统势能；● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ∆=；●对于稳态热分析：0=∆=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ●对于瞬态热分析：dtdUq =，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。

三、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：dxdTkq -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。

Ansys模拟水结冰的热分析过程

Ansys模拟水结冰的热分析过程一、问题描述：对一茶杯水的结冰过程进行分析，水和茶杯的初始温度为0℃，环境温度为-10℃，杯子侧面和顶面的对流换热系数为12.5W/m^2·℃，杯子放在桌面上，假设桌面可以对杯子底面提供-10℃的温度载荷。

计算3000s之后的温度分布。

模型如下：茶杯底面外径54.41mm，内径50mm，高度85mm，顶面内径60mm，抽壳厚度为5mm（内部水的高度80mm）。

分析采用SI单位制，水的材料属性如下：导热率：0.6密度：1000比热容：4200/prep7！进入前处理模块et,1,70！定义70单元mp,kxx,1,0.6！设置材料属性mp,c,1,4200mp,dens,1,1000mptemp,1,-10,-1,0,10mpdata,enth,1,1,0,37.8e6,79.8e6,121.8e6！焓值定义mp,kxx,2,70mp,dens,2,7833mp,c,2,448这里定义1号材料为水，2号材料为茶杯3、定义参数r1=50e-3r2=60e-3r3=54.41e-3r4=65e-3h1=80e-3h2=85e-34、建模wprot,,-90！旋转工作平面/pnum,volu,1！打开体积显示/view,1,1,1,1！Iso视角cone,r1,r2,0,h2,0,90！建立水的1/4圆台模型cone,r3,r4,0,h2,0,90！建立茶杯轮廓模型wpoff,,,h2-h1！移动工作平面vsbw,all！用工作平面切割体，方便扫掠划分网格vovlap,all！对体进行叠分操作vglue,all！对体进行粘接操作numcmp,all！压缩所有编号wpcsys,-1,0！工作平面回归原点/replot！重新显示5、对体赋予材料属性vsel,,,,1,3！体积1到3vatt,2,,1！赋予2号材料属性vsel,,,,4！体积4vatt,1,,1！赋予1号材料属性Allsel！选择所有/pnum,mat,1！打开材料编号显示Vplot！模型显示模型显示如上，紫色部分为茶杯，材料属性2 6、分网esize,2.5e-3！单元尺寸2.5e-3vsweep,all！扫掠划分网格划分如上，可见网格密度还是可以接受的。

ansys workbench 热分析讲义

唯一需要的材料特性是导热性thermalconductivity热分析67trainingmanual对于结构分析接触域是自动生成的用于激活各部件间的热传导热分析68trainingmanualpinball区域决定了什么时候发生接触并且是自动定义的同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距
ansys workbench 热分析讲义
T2
T1
6-13
热分析
C. 热载荷
• 热流量：
– 热流速可以施加在点、边或面上。它分布在多个选择域上。 – 它的单位是能量比上时间（ energy/time）
• 完全绝热（热流量为0）：
– 可以删除原来面上施加的边界条件
• 热通量：
– 热通量只能施加在面上（二维情况时只能施加在边上） – 它的单位是能量比上时间在除以面积（ energy/time/area）
6-18
热分析
…热边界条件
• 辐射:
– 施加在面上（二维分析施加在边上）
Q RFT A s4ur fT aa 4 cm e bient
– 式中：
• σ =斯蒂芬一玻尔兹曼常数
• ε = 放射率 • A = 辐射面面积 • F = 形状系数（默认是1）
– 只针对环境辐射，不存在于面面之间（形状系数假设为1） – 斯蒂芬一玻尔兹曼常数自动以工作单位制系统确定
• 热生成：
– 内部热生成只能施加在实体上 – 它的单位是能量比上时间在除以体积（energy/time/volume）
正的热载荷会增加系统的能量。
Training Manual
6-14
热分析
… 热边界条件
Training Manual
温度、对流、辐射：

ansys workbench热分析报告教程

6-1•本章练习稳态热分析的模拟，包括：A.几何模型B.组件-实体接触C.热载荷D.求解选项E.结果和后处理F. 作业6.1•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpaceEntra或更高版本中使用，除了ANSYSStructural•提示：在ANSYS 热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析•对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得：•假设：KT TQ T–在稳态分析中不考虑瞬态影响–[K]可以是一个常量或是温度的函数–{Q}可以是一个常量或是温度的函数•上述方程基于傅里叶定律：•固体内部的热流（Fourier’s Law）是[K]的基础；•热通量、热流率、以及对流在{Q}为边界条件；•对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关•在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。

•热分析里所有实体类都被约束：–体、面、线•线实体的截面和轴向在DesignModeler中定义•热分析里不可以使用点质量（PointMass）的特性•壳体和线体假设：•唯一需要的材料特性是导热性（ThermalConductivity）•Thermal Conductivity在Engineering Data中输入•温度相关的导热性以表格形式输入•对于结构分析，接触域是自动生成的，用于激活各部件间的热传导–如果部件间初始就已经接触，那么就会出现热传导。

–如果部件间初始就没有接触，那么就不会发生热传导（见下面对pinball的解释）。

–总结：–Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义的，同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距。

•如果接触是Bonded（绑定的）或noseparation （无分离的），那么当面出现在pinballradius内时就会发生热传导（绿色实线表示）。

PinballRadius右图中，两部件间的间距大于pinball 区域，因此在这两个部件间会发生热传导。

ANSYS热分析详解

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－结构耦合等第二章基础知识一、符号与单位W/m 2-℃二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律:●对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=-式中: Q —— 热量;W —— 作功;∆U ——系统内能; ∆KE ——系统动能； ∆PE ——系统势能；● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ∆=；●对于稳态热分析：0=∆=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ●对于瞬态热分析：dtdUq =，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。

三、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：dxdTkq -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。

Ansys模拟水结冰的热分析过程

计算3000s之后的温度分布。

模型如下：茶杯底面外径54.41mm，径50mm，高度85mm，顶面径60mm，抽壳厚度为5mm（部水的高度80mm）。

分析采用SI单位制，水的材料属性如下：导热率：0.6密度：1000比热容：4200焓值：茶杯采用铁的材料属性：导热率：70密度：7833比热容：448二、问题分析：本例采用70热单元进行分析，由于对称性，采用1/4模型进行建模分析。

由于包含相变分析，因此水的焓值是必要的。

假设温度0℃的水结成0℃的冰需要放出42000J/kg·℃的热量，通过定义焓值来实现。

假设温度区间长度为1℃，因此温度低于-1℃，表示水已结成冰。

本例通过apdl进行分析，方便输入及调试。

三、分析步骤:1、定义工程名及标题fini/cle ！清除数据库/filname.shuijiebing,1 ！此处设置工作名/title,lovz ！此处设置标题*afun deg !定义角度为度2、进入前处理，定义单元及材料属性/prep7 ！进入前处理模块et,1,70 ！定义70单元mp,kxx,1,0.6 ！设置材料属性mp,c,1,4200mp,dens,1,1000mptemp,1,-10,-1,0,10mpdata,enth,1,1,0,37.8e6,79.8e6,121.8e6 ！焓值定义mp,kxx,2,70mp,dens,2,7833mp,c,2,448这里定义1号材料为水，2号材料为茶杯3、定义参数r1=50e-3r2=60e-3r3=54.41e-3r4=65e-3h1=80e-3h2=85e-34、建模wprot,,-90 ！旋转工作平面/pnum,volu,1 ！打开体积显示/view,1,1,1,1 ！Iso视角cone,r1,r2,0,h2,0,90 ！建立水的1/4圆台模型cone,r3,r4,0,h2,0,90 ！建立茶杯轮廓模型wpoff,,,h2-h1 ！移动工作平面vsbw,all ！用工作平面切割体，方便扫掠划分网格vovlap,all ！对体进行叠分操作vglue,all ！对体进行粘接操作numcmp,all ！压缩所有编号wpcsys,-1,0 ！工作平面回归原点/replot ！重新显示5、对体赋予材料属性vsel,,,,1,3 ！体积1到3vatt,2,,1 ！赋予2号材料属性vsel,,,,4 ！体积4vatt,1,,1 ！赋予1号材料属性Allsel ！选择所有/pnum,mat,1 ！打开材料编号显示Vplot ！模型显示模型显示如上，紫色部分为茶杯，材料属性2 6、分网esize,2.5e-3 ！单元尺寸2.5e-3 vsweep,all ！扫掠划分网格划分如上，可见网格密度还是可以接受的。

ansys热分析

ansys热分析ANSYS热分析引言热分析是一种在工程领域广泛应用的分析方法，它可以用来研究物体在不同温度条件下的热传导、热扩散和热辐射等问题。

ANSYS是一款被广泛应用于工程仿真的软件，其中包括了强大的热分析功能。

本文将介绍ANSYS热分析的基本原理、流程以及在不同工程领域中的应用。

一、ANSYS热分析的基本原理ANSYS热分析基于热传导和热辐射的基本原理，通过数学和物理模型来描述和分析物体在不同温度条件下的热行为。

热传导是指热能通过物质内部的分子运动传递的过程，而热辐射则是指物体通过电磁波的辐射传递热能的过程。

热分析可以帮助工程师预测和优化物体在真实工作环境下的热性能，从而提高产品的质量和可靠性。

二、ANSYS热分析的流程ANSYS热分析的流程通常包括几个基本步骤，下面将逐一介绍：1. 几何建模：在进行热分析之前，需要通过ANSYS软件进行几何建模，将待分析的物体建模成三维几何模型。

这一步骤可以使用ANSYS的几何建模工具来完成，如DesignModeler等。

2. 网格划分：在几何建模完成后，需要将几何模型分割成小的单元，如三角形或四边形等，以便进行数值计算。

这一步骤被称为网格划分或网格生成，通常使用ANSYS的网格划分工具进行。

3. 材料属性设置：在进行热分析之前，需要对物体的材料属性进行设置，如热导率、比热容等。

这些参数将影响热传导的速度和过程。

4. 边界条件设置：在热分析中，需要设置物体的边界条件，如温度边界条件、热通量边界条件等。

这些边界条件描述了物体在不同部位的热输入和输出。

5. 求解和结果分析：在完成前面的步骤后，可以使用ANSYS的求解器来求解热传导方程和辐射传热方程。

求解完成后，可以对结果进行分析，如温度分布、热流量等。

三、ANSYS热分析在不同工程领域中的应用1. 汽车工程：ANSYS热分析在汽车工程领域中有着广泛的应用。

例如，可以通过热分析来研究发动机的热耗散问题，优化散热系统的设计，提高发动机的工作效率和寿命。

ANSYS Workbench12.0培训教程之热分析

Workbench -Mechanical Introduction第六章热分析概念Training Manual •本章练习稳态热分析的模拟，包括：A.几何模型B B.组件-实体接触C.热载荷D.求解选项E E.结果和后处理F.作业6.1本节描述的应用般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace EntraANSYS Structural提示：在S S热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析•ANSYSTraining Manual稳态热传导基础•对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得：()[]{}(){}T Q T T K =•假设：–在稳态分析中不考虑瞬态影响[K]可以是个常量或是温度的函数–[K] 可以是一个常量或是温度的函数–{Q}可以是一个常量或是温度的函数稳态热传导基础Training Manual •上述方程基于傅里叶定律：•固体内部的热流（Fourier’s Law）是[K]的基础；•热通量、热流率、以及对流在{Q}为边界条件；•对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关•在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。

A. 几何模型Training Manual •热分析里所有实体类都被约束：–体、面、线•线实体的截面和轴向在DesignModeler中定义•热分析里不可以使用点质量（Point Mass）的特性•壳体和线体假设：–壳体：没有厚度方向上的温度梯度–线体：没有厚度变化，假设在截面上是一个常量温度•但在线实体的轴向仍有温度变化… 材料特性Training Manual •唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity）•Thermal Conductivity在Engineering Data 中输Engineering Data入•温度相关的导热性以表格形式输入若存在任何的温度相关的材料特性，就将导致非线性求解。

ansys中的热分析

ansys中的热分析【转】热-结构耦合分析知识掌握篇2022-05-3114:09:19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,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.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.热对流是指固体的表面和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.如果系统的净热流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量:q流入+q生成-q流出=0,则系统处于热稳态.在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化.瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程.在这个过程中系统的温度,热流率,热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化.ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种:温度,热流率,热流密度,对流,辐射,绝热,生热.热分析涉及到的单元有大约40种,其中纯粹用于热分析的有14种,它们如表21.1所示.表21.1热分析单元列表单元类型名称说明线性LINK32LINK33LINK34LINK31两维二节点热传导单元三维二节点热传导单元二节点热对流单元二节点热辐射单元二维实体PLANE55PLANE77PLANE35PLANE75PLANE78四节点四边形单元八节点四边形单元三节点三角形单元四节点轴对称单元八节点轴对称单元三维实体SOLID87SOLID70SOLID90六节点四面体单元八节点六面体单元二十节点六面体单元壳SHELL57四节点四边形壳单元点MASS71节点质量单元21.1.2耦合分析在ANSYS中能够进行的热耦合分析有: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,因为本书主要讲解结构实例分析,所以着重讲解热-结构耦合分析.在ANSYS中通常可以用两种方法来进行耦合分析,一种是顺序耦合方法,另一种是直接耦合方法.顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析,每一种属于某一物理分析.通过将前一个分析的结果作为载荷施加到下一个分析中的方式进行耦合.典型的例子就是热-应力顺利耦合分析,热分析中得到节点温度作为\体载荷\施加到随后的结构分析中去.直接耦合方法,只包含一个分析,它使用包含多场自由度的耦合单元.通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量矩阵或载荷向量的方式进行耦合.典型的例子是使用了SOLID45,PLANE13或SOLID98单元的压电分析.进行顺序耦合场分析可以使用间接法和物理环境法.对于间接法,使用不同的数据库和结果文件,每个数据库包含合适的实体模型,单元,载荷等.可以把一个图21.1间接法顺序耦合分析数据流程图21.2稳态热分析稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响.通常在进行瞬态热分析以前,需要进行稳态热分析来确定初始温度分布.稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度,热梯度,热流率,热流密度等参数.ANSYS稳态热分析可分为三个步骤:前处理:建模求解:施加载荷计算后处理:查看结果21.2.1建模稳态热分析的模型和前面的结构分析模型建立过程基本相同.不同的就是需要在菜单过虑对话框中将分析类型指定为热分析,这样才能使菜单选项为热分析选项,单元类型也为热分析的单元类型,另外在材料定义时需要定义相应的热性能参数,下面为大概操作步骤.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.创建几何模型并划分网格,请参阅结构分析的建模步骤.21.2.2施加载荷计算热分析跟前面讲解的结构分析相比,区别在于指定的载荷为温度边条.通常可施加的温度载荷有恒定的温度,热流率,对流,热流密度和生热率五种.另外在分析选项中也包含非线性选项,结果输出选项等需要根据情况进行设置.1.定义分析类型(1)如果进行新的热分析,则使用下面命令或菜单路径:COMMAND:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:Mainmenu|Solution|-AnalyiType-|NewAnalyi|Steady-tate(2)如果继续上一次分析,比如增加边界条件等,则需要进行重启动功能:COMMAND:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:Mainmenu|Solution|AnalyiType-|Retart2.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).(1)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:D GUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-Temperature(2)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,则此节点周围的单元要密一些,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:FGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-HeatFlow(3)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:SFGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-Convection(4)热流密度:热流密度也是一种面载荷.当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRANCFD计算得到时,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荷进行计算.COMMAND:FGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-HeatFlu某(5)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:BFGUI:MainMenu|Solution|-Load-Apply|-Thermal-HeatGenerat3.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.热分析的载荷不选项和结构静力分析中的载荷步相同,读者可以参阅本书结构静力分析部分的相关内容或基本分析过程中关于载荷步选项的内容.这里就不再详细讲解了.4.确定分析选项GUI:MainMenu|Solution|AnalyiOption5.求解GUI:MainMenu|Solution|CurrentLS21.2.3后处理ANSYS将热分析的结果写入某.rth文件中,它包含如下数据信息:(1)基本数据:节点温度(2)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,可参阅本书第四章中关于利用通用后处理器进行结果观察分析的讲解.下面是几个关键操作的命令和菜单路径.1.进入POST1后,读入载荷步和子步:COMMAND:SETGUI:MainMenu|GeneralPotproc|-ReadReult-ByLoadStep2.在热分析中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:MainMenu|GeneralPotproc|PlotReult|NodalSolu,ElementSolu, ElemTable矢量图显示COMMAND:PLVECTGUI:MainMenu|GeneralPotproc|PlotReult|Pre-definedorUerdefined列表显示COMMNAD:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenu|GeneralPotproc|LitReult|NodalSolu,ElementSolu,R eactionSolu21.3瞬态传热分析瞬态热分析用于计算一个系统随时间变化的温度场及其它热参数.在工程上一般用瞬态热分析计算温度场,并将之作为热载荷进行应力分析.瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似.主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的.为了表达随时间变化的载荷,首先必须将载荷～时间曲线分为载荷步.载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步,如下图所示.图21.2瞬态热分析载荷-时间曲线对于每一个载荷步,必须定义载荷值荷对应的时间值,同时必须指定载荷步的施加方式为渐变或阶越.21.3.1建模一般瞬态热分析中,定义材料性能时要定义导热系数,密度及比热,其余建模过程与稳态热分析类似,这里就不再赘述.21.3.2加载求解和其它ANSYS中进行的分析一样,瞬态热分析进行加载求解时同样需要完成如下的工作.包括定义分析类型,定义初始条件,施加载荷,指定载荷步选项,指定结果输出选项以及最后进行求解.1.定义分析类型指定分析类型为瞬态分析,通用可以进行新的分析或进行重启动分析.2.获得瞬态热分析的初始条件(1)定义均匀温度场GUI:MainMenu|Solution|-Load-|Setting|UniformTempGUI:MainMenu|Solution|-Load-|Apply|-Thermal-|Temperature|OnNodeGUI:MainMenu|Solution|-Load-|Delete|-Thermal-Temperature|OnNode(2)设定非均匀的初始温度GUI:MainMenu|Solution|Load|Apply|-InitialCondit'n|Define如果初始温度场是不均匀的且又是未知的,就必须首先作稳态热分析确定初始条件.GUI:MainMenu|Preproceor|Load|-LoadStepOpt-Time/Frequenc|TimeIntegrationGUI:MainMenu|Preproceor|Load|-LoadStepOpt-Time/Frequenc|TimeandSubtp写入载荷步文件:GUI:MainMenu|Preproceor|Load|WriteLSFile或先求解:GUI:MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS注意:在第二载荷步中,要删去所有设定的温度,除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同.3.设定载荷步选项进行瞬态热分析需要指定的载荷步选项和进行瞬态结构分析相同,主要有普通选项,非线性选项和输出控制选项.(1)普通选项GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-Time/Frequenc|TimeandSubtp每个载荷步的载荷子步数,或时间增量.对于非线性分析,每个载荷步需要多个载荷子步.时间步长的大小关系到计算的精度.步长越小,计算精度越高,同时计算的时间越长.根据线性传导热传递,可以按如下公式估计初始时间步长:ITS=δα24GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|Time/Frequenc|TimeandSubtp如果载荷值在这个载荷步是恒定的,需要设为阶越选项;如果载荷值随时间线GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|Time/Frequenc|TimeandSubtp(2)非线性选项GUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|Time/Frequenc|TimeIntegrationGUI:MainMenu|Solution|-LoadStepOpt-|OutputCtrl|DB/ReultFile4.在定义完所有求解分析选项后,进行结果求解.21.3.3结果后处理对于瞬态热分析,ANSYS提供两种后处理方式.通用后处理器POST1,可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进行后处理;GUI:MainMenu|GeneralPotproc.GUI:MainMenu|TimeHitPotproc1.用POST1进行后处理GUI:MainMenu|GeneralPotproc|ReadReult|ByTime/Freq如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上,ANSYS会进行线性插值.此外,还可以读出某一载荷步的结果.GUI:MainMenu|GeneralPotproc|ReadReult|ByLoadStep然后,就可以采用与稳态热分析类似的方法,对结果进行彩色云图显示,矢量图显示,打印列表等后处理.2,用POST26进行后处理首先,要定义变量.GUI:MainMenu|TimeHitPotproc|GraphVariable或列表输出GUI:MainMenu|TimeHitPotproc|LitVariable21.4热-结构耦合分析前面讲了热-结构耦合分析是一种间接法顺序耦合分析的典型例子.其主要分三步完成:1.进行热分析,求得结构的的温度场;2.将模型中的单元转变为对应的结构分析单元,并将第一步求得的热分析结构当作体载荷施加到节点上;3.定义其余结构分析需要的选项,并进行结构分析.前面已经介绍了如何单独进行热分析和结构分析,下面介绍如何转换模型并将第一步求解的结果施加到节点上.1.完成必要的热分析,并进行相应的后处理,对结果进行查看分析.2.重新进入前处理器,并指定新的分析范畴为结构分析.选择菜单路径MainMenu|Preference,在弹出的对话框中选择\选项,使所有菜单变为结构分析的选项.3.进行单元转换.选择菜单路径MainMenu|Preproceor|ElementType|SwitchElemType,将弹出SwithchElemType(转换单元类型)对话框,如图21.3所示.图21.3转换单元类型对话框4.在对话框中的Changeelementtype(改变单元类型)下拉框中选择\然后单击关闭对话框,ANSYS程序将会自动将模型中的热单元转换为对应的结构单元类型.5.定义材料的性能参数.跟通常的结构分析不同的是,除了定义进行结构静力分析需要的材料弹性模量,密度,或强化准则的定义之外.在热-结构耦合分析的第二个分析中,还需要定义材料的热膨胀系数,而且材料性能应该随温度变化的.6.将第一次分析得到的温度结果施加到结构分析模型上.选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoad|Apply|Structural|Temperature|FromThermAn aly,将弹出ApplyTEMPfromThemalAnalyi(从已进行的热分析结果中施加温度载荷)对话框,如图21.4所示.单击对话框中的按钮,选择前面热分析的结果文件某.rth,作为结构分析的热载荷加到节点上.图21.4从已进行的热分析结果中施加温度载荷对话框7.定义其它结构分析的载荷步选项和求解分析选项,并进行结构分析求解.8.进行结果后处理,观察分析所求得的结果.。