热传导与热应力分析(ppt)分析解析
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传热过程总结分解PPT课件
二基本定律牛顿冷却定律能量守恒定律换热方程式三确定h的方法1理论分析法1建立微分方程组求解2建立积分方程组求解2热量和动量传递间的比拟法3数值解法4实验法对流换热小结层流紊流过渡流内部流动外部流动自然对流强制对流混合对流外掠管束圆管其他形状外掠平板有限空间大空间平板竖圆柱水平管狭缝定性上熟练掌握对流换热机理及其影响因素边界层概念及其应用以及在相似理论指导下的实验研究方法提出针对具体换热过程的强化传热措施
t
' 2
100 ℃
顺流
t1' 300 ℃ t1" 210℃ t2" 200 ℃ t2" 200 ℃
逆流
t1" 210 ℃
t2' 100
℃
tmax 200 ℃ tmin 10 ℃
tmax 110 ℃
tmin 100 ℃
tm,顺
t max tmin ln t max
200 10 ln 200
3、冬天，房顶上结霜的房屋地保暖性好？还是不结霜的好？
4、利用同一冰箱储存相同的物质时，问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗 电量大？
第25页/共28页
考试时间：2011年7月2日 14:30~16:30
考试地点：东廊101 考试携带：有效证件、计算器、笔
铅笔、直尺、橡皮
26
第26页/共28页
预测考试题型： 一、分析简答（约30分） 二、计算 （约70分）
第17页/共28页
传热过程及换热器 理解传热过程及传热系数；能用热阻概念进行传热过程的计算；井筒内的传热
过程的特点和处理方法；掌握强化和削弱热量传递过程的原理和技术手段； 了解工程上常见换热器的类型；能用对数平均温差法对简单换热器进行设计 和校核。 重点难点：通过平壁与圆筒壁的传热过程，临界热绝缘直径，井筒内的传热过 程，换热器热计算的基本方程，对数平均温差
t
' 2
100 ℃
顺流
t1' 300 ℃ t1" 210℃ t2" 200 ℃ t2" 200 ℃
逆流
t1" 210 ℃
t2' 100
℃
tmax 200 ℃ tmin 10 ℃
tmax 110 ℃
tmin 100 ℃
tm,顺
t max tmin ln t max
200 10 ln 200
3、冬天，房顶上结霜的房屋地保暖性好？还是不结霜的好？
4、利用同一冰箱储存相同的物质时，问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗 电量大？
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考试时间：2011年7月2日 14:30~16:30
考试地点：东廊101 考试携带：有效证件、计算器、笔
铅笔、直尺、橡皮
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预测考试题型： 一、分析简答（约30分） 二、计算 （约70分）
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传热过程及换热器 理解传热过程及传热系数；能用热阻概念进行传热过程的计算；井筒内的传热
过程的特点和处理方法；掌握强化和削弱热量传递过程的原理和技术手段； 了解工程上常见换热器的类型；能用对数平均温差法对简单换热器进行设计 和校核。 重点难点：通过平壁与圆筒壁的传热过程，临界热绝缘直径，井筒内的传热过 程，换热器热计算的基本方程，对数平均温差
ABAQUS热传导与热应力分析详解
介绍
ABAQUS 中的热传导特性 -- 稳态响应 -- 瞬态响应 ， 包括自适应时间步长 -- 全套热传导边界条件 -- 材料属性（和载荷）可以是温度相关 -- 热“接触”允许在“接触表面”有热流动 -- 可以方便的将温度场导入热应力分析中 -- 特性 •潜热项（由相变产生） •强制对流 •应力-热传导耦合分析功能 •热传导壳单元(沿厚度方向温度梯度) •空腔辐射(加热炉升温)功能
*HEAT TRANSFER 瞬态分析(默认)
*HEAT TRANSFER, STEADY STATE 稳态分析 •在 ABAQUS/Explicit 中，没有单纯的热传导分析选项， 然而可以进 行全耦合的热-应力分析。 •这个功能通过设定适当的边界条件，可以模拟纯热传导工程；
•除空腔辐射和利用用户子程序定义的不均匀热载荷之外，其他在 ABAQUS/Standard 中可以使用的热属性，都可以用在 Explicit 中。
热传导单元定义
•连续单元：ABAQUS 中连续扩散热传导单元库包括: •一阶（线性）插值单元 •二阶（抛物线）单元
•用于一维，二维，轴对称和三维应用
单元命名规则:
几何，3D单元
DC3D20
连续体continuum 扩散diffusion
节点数
-- 这些单元节点的基本变量（自由度）是温度标量 ABAQUS中用自由度11表示温 度。 节点温度输出变量为 NT11.
材料热性质定义 •材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
材料热性质定义
热传导率：*CONDUCTIVITY，可以定义各向同性（默认）或各 向异性(正交或完全)用 TYPE 参数： *CONDUCTIVITY,TYPE=ISO|ORTHO|ANISO -- 热传导率可以是温度的函数，这样就成了一个非线性问题。 -- 热传导率也可以是任意数量预设的场变量的函数 -- 预设场变量相关的材料性质不会涉及非线性，ABAQUS 使用 简单的插值方法确定材料性质。例如: *CONDUCTIVITY,DEPENDENCIES=1 设置包括的预设场变量数量 63.0,20,160 70.5,200,200 温度 场变量 … *INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1 NALL,160 … *STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR NALL,180 … *END STEP
热传导(通用版)ppt课件
石棉、珍珠岩、矿渣棉等各类制品， 是电厂中广泛采用的隔热保温材料
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39
谢谢观看
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40
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
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27
第三节 辐射换热
特点 辐射换热与导热、对流换热的主要
不同点就是换热是物体（或物质）之间 不接触。
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28
第三节 辐射换热
现在研究外界热辐射的能量投射到某一物
体表面的情况。
单位时间内射到物体单位面积上
Ee
n
的总能量，称为投射辐射Ee。其
E r 中一部分被吸收，称为吸收辐射
Ea；一部分被物体反射出去，称
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5
第一节 导热
气体的导热：通过其处于杂乱无章运动中的分子间的 碰撞，进行能量的交换而实现导热。
固体的导热：主要是通过材料晶格的热振动波以及自 由电子的迁移来实现的。
液体的导热：在液体介电质中，热量的转移是依靠弹 性波的作用。
在金属内部则依靠自由电子的运动，而对于非金 属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。
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6
第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
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7
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
若物体内的温度分布随时间变化，则为 非稳态温度场。
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火电厂的生产过程和传热过程联系密切。 热量传递的基本方式有导热、对流换热和辐射
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第三节 辐射换热
特点 辐射换热与导热、对流换热的主要
不同点就是换热是物体（或物质）之间 不接触。
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第三节 辐射换热
现在研究外界热辐射的能量投射到某一物
体表面的情况。
单位时间内射到物体单位面积上
Ee
n
的总能量，称为投射辐射Ee。其
E r 中一部分被吸收，称为吸收辐射
Ea；一部分被物体反射出去，称
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5
第一节 导热
气体的导热：通过其处于杂乱无章运动中的分子间的 碰撞，进行能量的交换而实现导热。
固体的导热：主要是通过材料晶格的热振动波以及自 由电子的迁移来实现的。
液体的导热：在液体介电质中，热量的转移是依靠弹 性波的作用。
在金属内部则依靠自由电子的运动，而对于非金 属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。
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6
第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
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7
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
若物体内的温度分布随时间变化，则为 非稳态温度场。
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火电厂的生产过程和传热过程联系密切。 热量传递的基本方式有导热、对流换热和辐射
ABAQUS热分析
实用精品课件PPT
10
材料热性质定义
•材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
材料热性质定义
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
比热：*SPECIFIC HEAT, --比热可以定义为随温度与场变量变化 --大多数材料的比热随温度平稳变化
•该单元可以在 ABAQUS/Explicit 中使用
实用精品课件PPT
12
热传导单元定义
•壳单元
•一阶和二阶插值用于轴对称单元(DSAX1,DSAX2)和三维（DS3， DS4，DS6，DS8）应用的壳单元包含有单元库中。壳单元用于 模拟承受热载荷的薄壁结构如: 压力容器，管道系统和金属片元 件等。
-- 预设场变量相关的材料性质不会涉及非线性，ABAQUS 使用 简单的插值方法确定材料性质。例如:
*CONDUCTIVITY,DEPENDENCIES=1 设置包括的预设场变量数量
63.0,20,160
70.5,200,200 … 温度 场变量
*INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1
单元命名规则:
几何，3D单元
DC3D20
节点数
连续体continuum
扩散diffusion
-- 这些单元节点的基本变量（自由度）是温度标量 ABAQUS中用自由度11表示温 度。 节点温度输出变量为 NT11.
•点单元
•热容单元 HEATCAP 模拟在一点的集中热容
•热容可以是温度或场变量的函数
-- 单元在每个壳节点的厚度方向的多个点上提供了温度自由度，这样温度不仅随着壳 的参考平面变化，也随厚度方向变化。
传热的基本原理和规律 ppt课件
5.1 传热过程概述
5.1.1 热传导及导热系数
5.1.2 对流
5.1.3 热辐射 5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及 换热器
传热的基本原理和规律
18
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器 三、间壁式换热和间壁式换热器√
传热的基本原理和规律
接触热阻 因两个接触表面粗糙不平而产生的附加热阻。 接触热阻包括通过实际接触面的导热热阻和
通过空穴的导热热阻（高温时还有辐射传热）。 接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触
面上压力等因素有关，可通过实验测定。
传热的基本原理和规律
33
二、多层平壁的一维稳态热传导
接触热 阻
图5-5 接触热阻的影响
传热的基本原理和规律
19
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
传热的基本原理和规律
20
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器
动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管
板,7-挡板,8-泄水池
传热的基本原理和规律
21
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
或
Qt1 t2 t2 t3 t3 t4
b1
b2
b3
1S 2S 3S
传热的基本原理和规律
31
二、多层平壁的一维稳态热传导
三层平壁稳态热传导速率方程
Q
t1 t4
b1 b2 b3
1S 2S 3S
对n层平壁，其传热速率方程可表示为
Q t1 tn 1
bi
iS
热传导PPT课件
.
7
.
8
2、声子热导
从晶格格波的声子理论可知，热传导过程 ------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程。
热阻：声子扩散过程中的各种散射。
根据气体热传导的经典分子动力学，热传导系数 λ ：
1 c l 3
cV：单位体积气体分子的比热------单位体积中声子的比热； v ：气体分子的运动速度------声子的运动速度； l：气体分子的平均自由程------声子的平均自由程。
热占一定份量，随着温度的上升，热导率略有增大（气体导热）
.
18
2、结构的影响
• 晶体结构越复杂，晶格振动偏离非线性越大，热导率越 低。 • 晶向不同，热传导系数也不一样，如：石墨、BN为层状 结构，层内比层间的大4倍，在空间技术中用于屏蔽材料。 • 多晶体与单晶体同一种物质多晶体的热导率总比单晶小。
—— 翻转过程（声子碰撞）
.
10
• 点缺陷的散射
散射强弱与点缺陷的大小和声子的波长相对大小有关。
点缺陷的大小是原子的大小：
在低温时，为长波，波长比点缺陷
大的多，估计 ： 波长 D a/T
犹如光线照射微粒一样，从雷利公
式知: 散射的几率 1/4 T4,平
均自由程与T4成反比.
在高温时，声子的波长和点缺陷大 小相近似，点缺陷引起的热阻与温 q 度无关。平均自由程为一常数。
➢ 非稳定传热（物体内各处的温度随时间而变化 ） 一个与外界无热交换，本身存在温度梯度的物体，随着时间的 推移温度梯度趋于零的过程，即存在热端温度不断降低和冷端 温度不断升高，最终达到一致的平衡温度。该物体内单位面积 上温度随时间的变化率为：
（ρ为密度，CP为恒压热容）
.
弹性力学--热应力 ppt课件
2 2 T ( 2 2 ) (1 ) y x y y
又u.v都是常量，所以取： 2 2
2 (1 )T 2 x y
(16)
时， φ（x,y）满足(14)式，因此可以作为微分方 程(14)的一组特解。 PPT课件
26
将
u x
(12)
为用位移分量和变温T表示的应力分量公式。 又平面平衡微分方程为：
ji , j Fbi 0
在此体力为零，
PPT课件
(13)
21
将式（13）代入（12）并化简得：
2u 1 2u 1 2 v T ( 1 ) 0 2 2 x 2 y 2 xy x
v u 1 u v ) s l1 ( ) s l2 (1 )T y x 2 y x
(15)
l2 (
PPT课件
22
把式（ 14 ）（ 15 ）与通常平面问题相比较可知： 在温度应力的平面应力问题中，温度应力等于假想 体力
Fb x E T , 1 x
Fb y
E T 1 y
和假想面力
p x l1
E T p y l2 1
E T 1
所引起的应力。
PPT课件
23
平面应变时假定 τyz=τzx=εz=0 ，由式（ 8 ）可得 物理方程：
1 2 x ( x y ) (1 )T E 1
T 2T 2T 2T W a( 2 2 2 ) t c x y z
PPT课件 这就是热传导微分方程。 12
第三节 温度场的边值条件 为了能够求解热传导微分方程，从而求得温 度场，必须已知物体在初始瞬间的温度分布，即 所谓初始条件，同时还要知道初始瞬间以后物体 表面与周围介质之间热交换的规律, 即所谓边界 条件。二者合成边值条件。 初始条件一般表示如下：
《热传导》课件(32张PPT)
5 热传导
新知导入
有一首非常优美的小诗，读完后，你领悟到其中的道理了吗？
太阳把温暖传给了土壤， 土壤把温暖传给了种子； 太阳把温暖传给了小溪， 小溪把温暖传给了鱼儿； 太阳把温暖传给了空气， 空气把温暖传给了你我。 ……
道理：热会传递。
交流
一、热传导现象
卖火柴的小女孩在圣诞之夜又饥又 饿，微弱的火光不能抵御寒冷，最 后悲惨死去。
熨衣服时，加热 电熨斗的金属底 板，金属底板的 热量传递给与其 接触的衣服，使 衣服变热，变得 平整。
炒板栗时，沙子吸 收大量的热量，再 把热均匀地传给板 栗，板栗很快就被 炒熟了。
交流
像这样的事例 还有哪些？
动手
二、热传导实验
1.研究热在金属中的传递方向
实验材料：铁片、酒精灯、铁架台、火柴、凡士林、塑料片〔小勺〕
吹头发
电吹风产生的热传递给头发，头发温度升高 ； 另外电吹风吹出气体，加速空气流动。这两个 因素共同作用，使头发上的水快速蒸发。
交流
电烙铁作画
电烙铁通电后被加热，烙 铁把热传递给与其接触的 木板，接触点的木板受热 颜色发生改变，利用这种 颜色变化完成作品。
课堂练习
1.以下事例可以用热传导解释的是〔 C 〕 A.天冷多穿，天热少穿 B.冰棍箱用棉被蒙住 C.洗个热水澡
2.一个物体受热后，热的传递方向是〔 A 〕 A.向四周传递 B.沿直线从一端向另一端传递 C.无法确定，需根据具体情况而定
课堂练习
3.以下热传导过程不正确的选项是B 〔 〕 A.电熨斗金属底板→衣服 B.冰块→纱布→皮肤 C.水槽热水→玻璃杯→杯里的冷水
4.热传导的速度描述正确的一项为哪一A 项〔 〕
不同物体：一物体→另一物体
新知导入
有一首非常优美的小诗，读完后，你领悟到其中的道理了吗？
太阳把温暖传给了土壤， 土壤把温暖传给了种子； 太阳把温暖传给了小溪， 小溪把温暖传给了鱼儿； 太阳把温暖传给了空气， 空气把温暖传给了你我。 ……
道理：热会传递。
交流
一、热传导现象
卖火柴的小女孩在圣诞之夜又饥又 饿，微弱的火光不能抵御寒冷，最 后悲惨死去。
熨衣服时，加热 电熨斗的金属底 板，金属底板的 热量传递给与其 接触的衣服，使 衣服变热，变得 平整。
炒板栗时，沙子吸 收大量的热量，再 把热均匀地传给板 栗，板栗很快就被 炒熟了。
交流
像这样的事例 还有哪些？
动手
二、热传导实验
1.研究热在金属中的传递方向
实验材料：铁片、酒精灯、铁架台、火柴、凡士林、塑料片〔小勺〕
吹头发
电吹风产生的热传递给头发，头发温度升高 ； 另外电吹风吹出气体，加速空气流动。这两个 因素共同作用，使头发上的水快速蒸发。
交流
电烙铁作画
电烙铁通电后被加热，烙 铁把热传递给与其接触的 木板，接触点的木板受热 颜色发生改变，利用这种 颜色变化完成作品。
课堂练习
1.以下事例可以用热传导解释的是〔 C 〕 A.天冷多穿，天热少穿 B.冰棍箱用棉被蒙住 C.洗个热水澡
2.一个物体受热后，热的传递方向是〔 A 〕 A.向四周传递 B.沿直线从一端向另一端传递 C.无法确定，需根据具体情况而定
课堂练习
3.以下热传导过程不正确的选项是B 〔 〕 A.电熨斗金属底板→衣服 B.冰块→纱布→皮肤 C.水槽热水→玻璃杯→杯里的冷水
4.热传导的速度描述正确的一项为哪一A 项〔 〕
不同物体：一物体→另一物体
热传递ppt课件
02 热传导
热传导的定义
热传导：是指热量在物体内部通过分 子、原子等微观粒子的运动传递的过 程。
热传导主要发生在固体、液体和气体 中，因为这些物质都是由微观粒子构 成的，微观粒子之间的相互作用会导 致热能的传递。
热传导的本质是微观粒子动能的传递， 即微观粒子之间相互碰撞，将动能从 高能量的粒子传递给低能量的粒子。
建筑保温
通过使用保温材料，减少建筑物的 热量散失，提高建筑的保温性能。
电子散热器
通过导热材料将电子元件产生的热 量传递到散热器上，再通过散热器 将热量散发到空气中，保证电子元 件的正常工作温度。
03 对流换热
对流换热的定义
总结词
对流换热是指热量通过流体的流动传递过程。
详细描述
对流换热是热传递的一种形式，涉及流体的流动和温度变化。当流体与固体表 面接触时，由于温度差异，会发生热量传递，导致流体和固体之间的温度趋于 一致。
02
在火力发电站中，燃料燃烧产生的热量通过热传递传递给水，
使水变成高温高压蒸汽，推动涡轮机发电。
塑料加工
03
塑料加工过程中，高温加热使塑料软化或熔化，通过热传递实
现塑料的加工成型。
热传递的未来发展
01
高效节能技术
方向。如新型的隔热材料和高效换热器的研究和应用。
对流换热的分类
总结词
对流换热可以分为强制对流和自然对流两类。
详细描述
强制对流是指由于外部力（如泵、风扇等）驱动流体运动而产生的热量传递。自 然对流是指由于流体内部密度差异而自然产生流动，进而发生热量传递。
对流换热的应用实例
总结词
对流换热在日常生活和工业生产 中广泛应用。
2. 发动机冷却
弹塑性力学第10章—热传导与热应力
=
−k
⎛ ⎜⎝
∂T ∂x
i
+
∂T ∂y
j+
∂T ∂z
k
⎞ ⎟⎠
各向异性材料：q
=
−
⎛ ⎜ ⎝
k
x
∂T ∂x
i
+
ky
∂T ∂y
j
+
kz
∂T ∂z
k
⎞ ⎟ ⎠
热传导方程
Q1 + Q2 = Q3
式中 Q1, Q2, Q3分别为单位时间内物体表面从外界获得的热量、
内部热源产生的热量、物体温度升高所需的热量。
可求得
κ
=
α
I
∫h T (y)b(y)(y
−
yc )dy
ε0
=
α
A
∫h T
( y )b( y )dy
−
κyc
将ε0 和κ 代入应力表达式，即可求得热应力
10.3 热弹性力学的基本方程
平衡方程：
σ ij, j + Fbi = 0
几何方程：
( ) εij
=
1 2
ui, j
+ u j,i
本构方程：
ε ij
1基本方程与等效荷载法将几何关系广义胡克定律代入平衡方程得到以位移为基本未知量的平衡方程1041位移法104热弹性力学问题的基本解法位移法求解时静力边界条件也须改用位移分量表示即考察热弹性力学方程的基本方程与边界条件发现与不考虑温度相比热弹性力学方程中增加了类似于体力的分量即因此可以把热弹性问题转化为在体力分量和面力分量作用下的弹性力学问题来求解这种求解方法称为等效荷载法
)
+
∂ ∂z (kz
热传导和热平衡的图表分析
03
热平衡原理
热平衡定义
热平衡是指在没有外界影响的条件下，物体内部各部分之间的热状态趋于稳定，达到热量平衡 的状态。
热平衡是热力学中的一个基本概念，用于描述系统内部热量的传递和平衡。
在热平衡状态下，系统内部的温度、压力等参数达到稳定状态，不再发生变化。
热平衡原理在工程、科学和日常生活中有着广泛的应用，如建筑物的保温、散热设计，发动机 的热管理，以及人体的温度调节等。
通过实例分析，可以深 入理解热传导和热平衡 在电子设备中的应用， 为优化设备性能提供依 据。
实例四：生物体的热传导和热平衡分析
生物体的热传导机制：生物体内温度分布不均，导致热量从高温部位向低温部位传递， 维持体温恒定。
热平衡状态：生物体通过产热和散热的平衡，保持体温稳定，适应环境温度变化。
图表实例解析：通过具体图表展示生物体在不同环境温度下的产热、散热情况，以及热 平衡状态的变化。
单击此处添加副标题
热传导和热平衡的图表分
析
汇报人：XX
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题
热传导原理
热平衡原理
热传导和热平衡的图表分析方法
热传导和热平衡的图表实例解析 图表分析在热传导和热平衡中的意
义与价值
01
添加目录项标题
02
热传导原理
热传导定义
热传导是热量从高温物体向低温物体传递的过程 热传导可以通过固体、液体和气体进行 热传导的速率与物质的导热系数、温度差和传热面积有关 热传导是热量传递的三种方式之一，其他两种方式为热对流和热辐射
热平衡状态
定义：系统内部各部分之间达到热平衡状态，温度不再发生变化 条件：系统内部各部分之间没有热交换 意义：热平衡原理是热传导和热平衡分析的基础 应用：在工程领域中广泛应用于传热分析、热设计等方面
ABAQUS热传导与热应力分析ppt课件
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
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02-热传导-PPT
⑤ 一维稳态导热问题
稳态导热过程：物体中各点温度不随时间改变。
tw1
A tw1 tw2
：热流量，单位时间传递的热量 [W]；
A：垂直于导热方向的截面积 ,即平壁表面积 [m2]； ：导热系数（热导率）[W/( m·K)]。
q Φ tw1 tw2
A
q：热流密度，单位时间通过单位面积的热流量[W/m2]
热传导
热传导
热传导，简称导热 (heat conduction)
①定义
在物体内部或相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自由电子等微观 粒子的热运动而产生的热量传递现象。
②导热：可以在固体、静止的液体和气体中发生
③导热的特点
物体直接接触 (或物体内部 )
必须有温差 不发生宏观的相对位移
温度：物体微观粒子热运动强度的 宏观标志。
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 (位移、振动) 或碰撞而传 递热量。
2
热传导 ④导热机理
气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果 导电固体：自由电子运动 非导电固体：晶格结构振动 液体：两种观点，气体或非导电固体导热的机理
3
热传导
qx、qy、qz，q在三个坐标方向的分量
dA q
d
热传导
，热导率(导热系数) (Thermal conductivity)
表征材料导热能力的大小，是一种物性参数。 与材料种类和温度有关，一般由实验测定。
A tw1 tw2
金属 非金属固体 液体 气体
q
tw1
tw2
A
tw1
I U R
tw1
热应力演示文稿(共21张PPT)
叶定律有：
dt
=a
d2t
dτ
dr 2
式中：t——温度；
Ʈ——时间；
r——圆筒体任一点半径；
(3—66)
a——钢材导温系数，a=λ/cρ〔m2 /s〕，此处λ为钢材导热
系数，c为钢材比热容， ρ为钢材密度。
式〔3—66〕难于精确求解，利用数学上的近似计算方法可得：
∆t δ2
∆t =
∆τ 2a
（3— 67）
如果构件的热膨胀在x、y、z三个方向都受到完全约束，那么有：
σtx
=
σty
=
σtz
=
αE∆t
1−2μ
（3—56）
二、产生热应力的几种常见情况
〔一〕构建整体受热而受到外部约束
最常见的是管子及其它圆筒形元件沿长度方向的膨胀受到约束，
而在元件内产生压缩热应力。这类热应力可以通过解除外部约束
而减小以至消除。
整体膨胀，对这类膨胀在设计、安装时一般都做了充分考虑。因而，锅筒在正
常运行时壁面内根本上不存在热应力。
启动和停炉时的情况那么不相同。在启动和停炉中，锅筒金属有一个从冷态
到热态或者从热态到冷态的温度转变。以自然循环锅炉启动时的情况为例：启动前
锅筒金属的温度因保养条件而异，一般为室温；启动时要首先往锅筒内上水，然后
1
K 2 −1 r 2
2ln +
lnK − 1
（3—59）
式中：α—钢棒的线膨胀系数，℃-1；
E—钢棒的弹性模量，MPa；
μ—钢材的泊松比；
K—圆筒体外径与内径之比；
t0，ti—圆筒体外外表及内外表壁温，℃；
R0—圆筒体外半径，mm；
r—圆筒体壁面中求解热应力点的半径，mm。
dt
=a
d2t
dτ
dr 2
式中：t——温度；
Ʈ——时间；
r——圆筒体任一点半径；
(3—66)
a——钢材导温系数，a=λ/cρ〔m2 /s〕，此处λ为钢材导热
系数，c为钢材比热容， ρ为钢材密度。
式〔3—66〕难于精确求解，利用数学上的近似计算方法可得：
∆t δ2
∆t =
∆τ 2a
（3— 67）
如果构件的热膨胀在x、y、z三个方向都受到完全约束，那么有：
σtx
=
σty
=
σtz
=
αE∆t
1−2μ
（3—56）
二、产生热应力的几种常见情况
〔一〕构建整体受热而受到外部约束
最常见的是管子及其它圆筒形元件沿长度方向的膨胀受到约束，
而在元件内产生压缩热应力。这类热应力可以通过解除外部约束
而减小以至消除。
整体膨胀，对这类膨胀在设计、安装时一般都做了充分考虑。因而，锅筒在正
常运行时壁面内根本上不存在热应力。
启动和停炉时的情况那么不相同。在启动和停炉中，锅筒金属有一个从冷态
到热态或者从热态到冷态的温度转变。以自然循环锅炉启动时的情况为例：启动前
锅筒金属的温度因保养条件而异，一般为室温；启动时要首先往锅筒内上水，然后
1
K 2 −1 r 2
2ln +
lnK − 1
（3—59）
式中：α—钢棒的线膨胀系数，℃-1；
E—钢棒的弹性模量，MPa；
μ—钢材的泊松比；
K—圆筒体外径与内径之比；
t0，ti—圆筒体外外表及内外表壁温，℃；
R0—圆筒体外半径，mm；
r—圆筒体壁面中求解热应力点的半径，mm。
热传导与热应力分析(ppt)分析解析
典型的，h 是流体雷诺数和流通温度的函数，但也与表面状况如粗糙 度，脏污和方位强相关，因此很难去特征化。
通常，需要用试验校准的方式来确定 h 的取值。
定义 h
q
流体，温度
*FILM PROPERTY, NAME = H1 11.6E-6, 40 14.2E-6, 60 19.3E-6, 80
h是温度的函数
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射 辐射率 emissivity 是衡量一个表面有多接近理想黑体的指标
一些常用材料的辐射率： Commercial aluminum sheet: 0.09 Heavily oxidized aluminum sheet: 0.2 Polished gold: 0.02 Rusted iron plate: 0.6 Polished iron plate: 0.07 Turned, heated cast iron: 0.44 Type 301 stainless steel: 0.58 Red brick: 0.93 Black shiny lacquer on iron: 0.88 White vamish: 0.09 Water: 0.95
幅值曲线
变化的温度
温度的共轭反作用是 热率（热能进入一个已经预设温度值的节点的流通率） 输出变量: RFLn
边界条件与载荷
2. 预设的热流量（热率） 节点的集中热流量(与自由度11共轭)通过关键字 *CFLUX 施加
*CFLUX， AMP= amp-1 FNODE， 11， 30
热率参考值
输入可以参考一个 AMPLITUDE 曲线，使得输入的热率可以随时间变化。输出 变量 CFLn 可以反映节点 *CFLUX 的当前值。
材料热性质定义 •材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
Abaqus学习之热传导与热应力分析
边界条件与载荷
1. 预设的温度 温度值不变:
*BOUNDARY TNODE， 11，
节点集 第一个 自由度
11，
最后个 自由度
500
温度
变化的温度:
*BOUNDARY, AMPLITUDE = amp-1 TNODE， 11， 11， 500
温度幅值
T 1 500
温度受幅值曲线 amp-1控制
0 1 t 0 1 t
ABAQUS 专题教程
——热传导和热应力分析 热传导和热应力分析
第一讲：固体热传导介绍
概述 • 介绍 • 分析过程 • 材料热性质 • ABAQUS/Standard 中的热传导单元库 • 边界条件和载荷 • 稳态分析 • 瞬态分析 • 非线性分析
介绍
-- ABAQUS 主要是用来进行 ‘应力分析’ 的软件 -- 但ABAQUS 也有一个重要的特性：就是可以求解规模大的、复杂 的和多组件模型的热传导问题。 —— 热传导求解能力是从求解热应力问题中发展出来的
*PHYSICAL CONSTANTS, ABSOLUTE ZERO = -273.16 STEFAN BOLTZMANN = 5.6697E-8
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射 辐射率 emissivity 是衡量一个表面有多接近理想黑体的指标
一些常用材料的辐射率： Commercial aluminum sheet: 0.09 Heavily oxidized aluminum sheet: 0.2 Polished gold: 0.02 Rusted iron plate: 0.6 Polished iron plate: 0.07 Turned, heated cast iron: 0.44 Type 301 stainless steel: 0.58 Red brick: 0.93 Black shiny lacquer on iron: 0.88 White vamish: 0.09 Water: 0.95
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ABAQUS 专题教程
——热传导和热应力分析
第一讲：固体热传导介绍
概述 • 介绍 • 分析过程 • 材料热性质 • ABAQUS/Standard 中的热传导单元库 • 边界条件和载荷 • 稳态分析 • 瞬态分析 • 非线性分析
介绍
-- ABAQUS 主要是用来进行 ‘应力分析’ 的软件 -- 但ABAQUS 也有一个重要的特性：就是可以求解规模大的、复杂 的和多组件模型的热传导问题。 —— 热传导求解能力是从求解热应力问题中发展出来的
-- 单元在每个壳节点的厚度方向的多个点上提供了温度自由度，这样温度不仅随着壳 的参考平面变化，也随厚度方向变化。
NT13 NT12 NT11
n
-- 壳单元表面下方的温度自由度为11（输出变量为NT11） -- 在正表面的温度自由度为 10+n, n 为壳截面上使用截面点的数量 -- 在单层（均质）壳中，截面点在厚度上均匀分布，默认为5个点 -- 每层壳必须是奇数个截面点，这是由 ABAQUS/standard 在厚度上使用分段抛物线 型插值方法决定的。
材料热性质定义 •材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
材料热性质定义
热传导率：*CONDUCTIVITY，可以定义各向同性（默认）或各 向异性(正交或完全)用 TYPE 参数： *CONDUCTIVITY,TYPE=ISO|ORTHO|ANISO -- 热传导率可以是温度的函数，这样就成了一个非线性问题。 -- 热传导率也可以是任意数量预设的场变量的函数 -- 预设场变量相关的材料性质不会涉及非线性，ABAQUS 使用 简单的插值方法确定材料性质。例如: *CONDUCTIVITY,DEPENDENCIES=1 设置包括的预设场变量数量 63.0,20,160 70.5,200,200 温度 场变量 … *INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1 NALL,160 … *STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR NALL,180 … *END STEP
介绍 ABAQUS 不能做什么 ——ABAQUS 不是专业热传导分析软件 •无流体分析 •无自由对流 •无浮力驱使流动 •对热冲击问题无自适应网格划分 •无逆传热分析
介绍 力平衡与能量守恒之间的类比 -- 在应力分析中， ABAQUS 求解力平衡方程: Mu’’ = P – I -- 在热传导分析中， ABAQUS 求解 ‘能率守恒’ 方程并 确定温度的分布。
Q I c q
密度 比热 温度变化率 外部热量 内部热量
介绍 热传导分析中的基本物理量 -- 温度 Temperature 单位 ℃ -- 热能 Heat energy 单位 J -- 热率 Heat rate power 单位 J/t or W -- 热流量 Heat flux = Power per unit area 单位 J/t/L2 -- ‘热传导率‘ k , 衡量物质中热量流动的能力 单位 J/T/L/℃: 热流量正比于热传导率和温度梯度:
*HEAT TRANSFER 瞬态分析(默认)
*HEAT TRANSFER, STEADY STATE 稳态分析 •在 ABAQUS/Explicit 中，没有单纯的热传导分析选项， 然而可以进 行全耦合的热-应力分析。 •这个功能通过设定适当的边界条件，可以模拟纯热传导工程；
•除空腔辐射和利用用户子程序定义的不均匀热载荷之外，其他在 ABAQUS/Standard 中可以使用的热属性，都可以用在 Explicit 中。
•点单元 •热容单元 HEATCAP 模拟在一点的集中热容 •热容可以是温度或场变量的函数
•该单元可以在 ABAQUS/Explicit 中使用
热传导单元定义 •壳单元
•一阶和二阶插值用于轴对称单元(DSAX1,DSAX2)和三维（DS3， DS4，DS6，DS8）应用的壳单元包含有单元库中。壳单元用于 模拟承受热载荷的薄壁结构如: 压力容器，管道系统和金属片元 件等。
Байду номын сангаасq k
T x
Ta L
Q
A
Tb
Tb Ta Q qA kA L
介绍 -- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃
Qt Vc
时间增量 比热 温度增量
-- 一维热传导公式
2 c k 2 t x
1 2 2 t x
k c
热扩散率
介绍 -- 类比
Stress Heat
u
q
I T dV
V
I T qdV
V
D
T DdV
K
T KdV
V
V
分析过程 •在 ABAQUS/Standard 中，热传导分析的执行是通过将几何体离散 成扩散热传导单元，并且使用 *HEAT TRANSFER 过程选项
介绍
ABAQUS 中的热传导特性 -- 稳态响应 -- 瞬态响应 ， 包括自适应时间步长 -- 全套热传导边界条件 -- 材料属性（和载荷）可以是温度相关 -- 热“接触”允许在“接触表面”有热流动 -- 可以方便的将温度场导入热应力分析中 -- 特性 •潜热项（由相变产生） •强制对流 •应力-热传导耦合分析功能 •热传导壳单元(沿厚度方向温度梯度) •空腔辐射(加热炉升温)功能
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
比热：*SPECIFIC HEAT, --比热可以定义为随温度与场变量变化 --大多数材料的比热随温度平稳变化
密度：*DENSITY, --密度可以定义为随温度与场变量变化
热传导单元定义
•连续单元：ABAQUS 中连续扩散热传导单元库包括: •一阶（线性）插值单元 •二阶（抛物线）单元
•用于一维，二维，轴对称和三维应用
单元命名规则:
几何，3D单元
DC3D20
连续体continuum 扩散diffusion
节点数
-- 这些单元节点的基本变量（自由度）是温度标量 ABAQUS中用自由度11表示温 度。 节点温度输出变量为 NT11.
——热传导和热应力分析
第一讲：固体热传导介绍
概述 • 介绍 • 分析过程 • 材料热性质 • ABAQUS/Standard 中的热传导单元库 • 边界条件和载荷 • 稳态分析 • 瞬态分析 • 非线性分析
介绍
-- ABAQUS 主要是用来进行 ‘应力分析’ 的软件 -- 但ABAQUS 也有一个重要的特性：就是可以求解规模大的、复杂 的和多组件模型的热传导问题。 —— 热传导求解能力是从求解热应力问题中发展出来的
-- 单元在每个壳节点的厚度方向的多个点上提供了温度自由度，这样温度不仅随着壳 的参考平面变化，也随厚度方向变化。
NT13 NT12 NT11
n
-- 壳单元表面下方的温度自由度为11（输出变量为NT11） -- 在正表面的温度自由度为 10+n, n 为壳截面上使用截面点的数量 -- 在单层（均质）壳中，截面点在厚度上均匀分布，默认为5个点 -- 每层壳必须是奇数个截面点，这是由 ABAQUS/standard 在厚度上使用分段抛物线 型插值方法决定的。
材料热性质定义 •材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
材料热性质定义
热传导率：*CONDUCTIVITY，可以定义各向同性（默认）或各 向异性(正交或完全)用 TYPE 参数： *CONDUCTIVITY,TYPE=ISO|ORTHO|ANISO -- 热传导率可以是温度的函数，这样就成了一个非线性问题。 -- 热传导率也可以是任意数量预设的场变量的函数 -- 预设场变量相关的材料性质不会涉及非线性，ABAQUS 使用 简单的插值方法确定材料性质。例如: *CONDUCTIVITY,DEPENDENCIES=1 设置包括的预设场变量数量 63.0,20,160 70.5,200,200 温度 场变量 … *INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1 NALL,160 … *STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR NALL,180 … *END STEP
介绍 ABAQUS 不能做什么 ——ABAQUS 不是专业热传导分析软件 •无流体分析 •无自由对流 •无浮力驱使流动 •对热冲击问题无自适应网格划分 •无逆传热分析
介绍 力平衡与能量守恒之间的类比 -- 在应力分析中， ABAQUS 求解力平衡方程: Mu’’ = P – I -- 在热传导分析中， ABAQUS 求解 ‘能率守恒’ 方程并 确定温度的分布。
Q I c q
密度 比热 温度变化率 外部热量 内部热量
介绍 热传导分析中的基本物理量 -- 温度 Temperature 单位 ℃ -- 热能 Heat energy 单位 J -- 热率 Heat rate power 单位 J/t or W -- 热流量 Heat flux = Power per unit area 单位 J/t/L2 -- ‘热传导率‘ k , 衡量物质中热量流动的能力 单位 J/T/L/℃: 热流量正比于热传导率和温度梯度:
*HEAT TRANSFER 瞬态分析(默认)
*HEAT TRANSFER, STEADY STATE 稳态分析 •在 ABAQUS/Explicit 中，没有单纯的热传导分析选项， 然而可以进 行全耦合的热-应力分析。 •这个功能通过设定适当的边界条件，可以模拟纯热传导工程；
•除空腔辐射和利用用户子程序定义的不均匀热载荷之外，其他在 ABAQUS/Standard 中可以使用的热属性，都可以用在 Explicit 中。
•点单元 •热容单元 HEATCAP 模拟在一点的集中热容 •热容可以是温度或场变量的函数
•该单元可以在 ABAQUS/Explicit 中使用
热传导单元定义 •壳单元
•一阶和二阶插值用于轴对称单元(DSAX1,DSAX2)和三维（DS3， DS4，DS6，DS8）应用的壳单元包含有单元库中。壳单元用于 模拟承受热载荷的薄壁结构如: 压力容器，管道系统和金属片元 件等。
Байду номын сангаасq k
T x
Ta L
Q
A
Tb
Tb Ta Q qA kA L
介绍 -- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃
Qt Vc
时间增量 比热 温度增量
-- 一维热传导公式
2 c k 2 t x
1 2 2 t x
k c
热扩散率
介绍 -- 类比
Stress Heat
u
q
I T dV
V
I T qdV
V
D
T DdV
K
T KdV
V
V
分析过程 •在 ABAQUS/Standard 中，热传导分析的执行是通过将几何体离散 成扩散热传导单元，并且使用 *HEAT TRANSFER 过程选项
介绍
ABAQUS 中的热传导特性 -- 稳态响应 -- 瞬态响应 ， 包括自适应时间步长 -- 全套热传导边界条件 -- 材料属性（和载荷）可以是温度相关 -- 热“接触”允许在“接触表面”有热流动 -- 可以方便的将温度场导入热应力分析中 -- 特性 •潜热项（由相变产生） •强制对流 •应力-热传导耦合分析功能 •热传导壳单元(沿厚度方向温度梯度) •空腔辐射(加热炉升温)功能
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
比热：*SPECIFIC HEAT, --比热可以定义为随温度与场变量变化 --大多数材料的比热随温度平稳变化
密度：*DENSITY, --密度可以定义为随温度与场变量变化
热传导单元定义
•连续单元：ABAQUS 中连续扩散热传导单元库包括: •一阶（线性）插值单元 •二阶（抛物线）单元
•用于一维，二维，轴对称和三维应用
单元命名规则:
几何，3D单元
DC3D20
连续体continuum 扩散diffusion
节点数
-- 这些单元节点的基本变量（自由度）是温度标量 ABAQUS中用自由度11表示温 度。 节点温度输出变量为 NT11.