ANSYS 热辐射实例教程解析
(最新整理)ANSYS热分析详解
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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：dt dU q =,即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。
ANSYS稳态热分析的基本过程和实例
ANSYS稳态热分析的基本过程ANSYS热分析可分为三个步骤：•前处理：建模、材料和网格•分析求解：施加载荷计算•后处理：查看结果1、建模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《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
2、施加载荷计算①、定义分析类型●如果进行新的热分析：Command: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state●如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart②、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) ：a、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 Family: DGUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperatureb、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。
ansys辐射分析
6.9.4计算并验证形状系数选项然后可以计算形状系数，并验证和得到平均值。
计算并存储形状系数：命令：VFCALCGUI：Main Menu>Radiation>Compute可用如下命令列出所选择单元对的形状系数并计算平均系数：命令：VFQUERYGUI:Main Menu>Radiation>Query用如下命令可将平均系数提取出来：*GET,Par,RAD,VFAVG6.9.5设定载荷选项如果模型有均匀的温度，本步将设定初始温度。
还需要定义载荷步并将边界条件的变化形式设定为渐变。
对所有节点设定初始的均匀温度命令：TUNIFGUI:Main Menu>Solution>Settings>Uniform Temp设定载荷步数量或时间步命令： SUBST或DELTIMGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load StepOpts-Time/Frequenc>Freq and Substps or Time and Substps Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load StepOpts-Time/Frequenc>Time-Time Step由于热辐射是高度非线性的，应设定渐变的边界条件命令： KBCGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load StepOpts-Time/Frequency>Time-Time Step6.10静态热辐射分析的几点建议对于只有热流密度(HFLUX)或热流率（HEAT）边界条件的热辐射问题，或热辐射作为热传递主导方式的问题（即低导热系数），应采用“伪瞬态”求解方法来求解静态问题。
主要有如下三个步骤：1．在定义材料属性时，定义材料的密度和比热为常值。
设定这两个材料值的大小并不重要，因为最终是求解稳态问题；2．将求解类型设定为瞬态问题命令：ANTYPTGUI:Main Menu>Solution>New Analysis3．将准静态辐射分析求解为稳态问题命令：QSOPTGUI:Main Menu>Preprocessor>-Load StepOptions->Time/Frequency>Quasi-Static只有当SOLCONTROL,ON时，QSOPT命令才有效。
ANSYS热分析指南——ansys热辐射分析-47页精选文档
ANSYS热分析指南(第六章)第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。
电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。
热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。
由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。
物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-86.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为“灰体”，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。
式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。
表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dAI 及dAJ，然后进行数字积分。
辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。
在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。
Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。
ansys热分析实例教程
Temperature distribution in a CylinderWe wish to compute the temperature distribution in a long steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heatis lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F and the thermal conductivity for steel is 0.69 BTU/hr-in-F.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. Recognize symmetry of the problem, and a quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools. Preprocessor -> Modeling -> Create -> Areas -> Circle -> Partial annulusThe following geometry is created.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Thermal Solid -> Solid 8 node 77 -> OK -> Close5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area and refine using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the convection coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesTo account for symmetry, select the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperaturesThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 45. These results can be checked using results from heat transfer theory.BackThermal Stress of a Cylinder using Axisymmetric ElementsA steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches is 40 inches long and has spherical end caps. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heat is lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F. Calculate the stresses in the cylinder caused by the temperature distribution.The problem is solved in two steps. First, the geometry is created, the preference set to'thermal', and the heat transfer problem is modeled and solved. The results of the heat transfer analysis are saved in a file 'jobname.RTH' (Results THermal analysis) when you issue a save jobname.db command.Next the heat transfer boundary conditions and loads are removed from the mesh, the preference is changed to 'structural', the element type is changed from 'thermal' to 'structural', and the temperatures saved in 'jobname.RTH' are recalled and applied as loads.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. A quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Solid 8 node 77 -> OK ->Options -> K3 Axisymmetric -> OK5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesSelect the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperatureThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 43.12. File -> Save Jobname.db13. Preprocessor -> Loads -> Delete -> Delete All -> Delete All Opts.14. Preferences -> Structural will show, Thermal will NOT show.15. Preprocessor -> Element Type -> Switch Element Type -> OK (This changes the element to structural)16. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Displacements -> Nodes(Fix nodes on vertical and horizontal lines of symmetry from crossing the lines of symmetry.)17. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperature -> From Thermal AnalysisSelect Jobname.RTH (If it isn't present, look for the default 'file.RTH' in the root directory)18. Solution -> Solve Current LS19. General Postprocessor -> Plot Results -> Element Solution - von Mises StressThe von Mises stress is seen to be a maximum in the end cap on the interior of the cylinder and would govern a yield-based design decision.Back。
ANSYS热分析详解解析
A N S Y S热分析详解解析-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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：dxdT kq -=''，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热辐射解析
第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。
电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。
热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。
由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。
物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-8 6.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为“灰体”，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。
式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。
表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。
辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。
在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。
Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。
ANSYS热分析指南
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种产品中支持热分析功能。
ANSY洪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 Referenee》。
ANSY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。
ANSY创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^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各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ANSYS1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，ANSY埶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MASS7模拟随温度变化的内部热生成。
1.3热分析的类型ANSYSfc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。
ANSYS稳态热分析的基本过程和实例
ANSYS稳态热分析的基本过程和实例ANSYS稳态热分析的基本过程ANSYS热分析可分为三个步骤：前处理：建模、材料和⽹格分析求解：施加载荷计算后处理：查看结果1、建模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《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
2、施加载荷计算①、定义分析类型●如果进⾏新的热分析：Command: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state●如果继续上⼀次分析，⽐如增加边界条件等：Command: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart②、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) ：a、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 Family: DGUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperatureb、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。
Ansys热分析教程(全)
目录第1章–介绍–概述–相关讲座&培训–其他信息来源第2章–基本概念第3章–稳态热传导(n o m a s s t r a n s p o r t o f h e a t)第4章–附加考虑非线性分析第5章–瞬态分析1-3 1-5 1-12 1-132-13-14-15-1第6章–复杂的,时间和空间变化的边界条件第7章–附加对流/热流载荷选项和简单的热/流单元第8章–辐射热传递–例题-使用辐射矩阵的热沉分析第9章–相变分析–相变分析例题-飞轮铸造分析第10章–耦合场分析6-1 7-18-1 8-43 9-1 9-14 10-1目录(续)第1章先决条件1章节内容概述12章节内容概述213章节内容概述310124章节内容概述43546章节内容概述6571章节内容概述7689章节内容概述1072相关讲座&培训2tT c h K Q qq E============t i m e t e m p e r a t u r e d e n s i t y s p e c i f i c h e a t f i l m c o e f f i c i e n t e m i s s i v i t y S t e f a n -B o l t z m a n n c o n s t a n t t h e r m a l c o n d u c t i v i t y h e a t f l o w (r a t e ) h e a t f l u x i n t e r n a l h e a t g e n e r a t i o n /v o l u m e e n e r g y ρεσ*&&&fA N S Y S()3223注,对于结构热容量,密度/G c和比热*G c经常使用该单位。
其中G c=386.4(l b m-i n c h)/(l b f-s e c2)A N S Y S(S I)3223–传导–对流–辐射•传导的热流由传导的傅立叶定律决定�•负号表示热沿梯度的反向流动(i .e ., 热从热的部分流向冷的).q K T n K T T n n n n n *=−∂∂=∂∂=h e a t f l o w r a t e p e r u n i t a r e a i n d i r e c t i o n n Wh e r e , = t h e r m a l c o n d u c t i v i t y i n d i r e c t i o n n= t e m p e r a t u r e t h e r m a l g r a d i e n t i n d i r e c t i o n n Tnq*dT d n•对流的热流由冷却的牛顿准则得出:•对流一般作为面边界条件施加qh T T h T T f S B f S B *()=−=h e a t f l o w r a t e p e r u n i t a r e a b e t w e e n s u r f a c e a n d f l u i d W h e r e , = c o n v e c t i v e f i l m c o e f f i c i e n t= s u r f a c e t e m p e r a t u r e = b u l k f l u i d t e m p e r a t u r e TB Ts•从平面i 到平面j 的辐射热流由施蒂芬-玻斯曼定律得出: •在A N S Y S 中将辐射按平面现象处理(i .e ., 体都假设为不透明的)。
ansys-workbench热分析教程
文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持. 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 DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了ANSYS Structural• 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K T T= Q 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D esignModeler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•唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity）•Thermal Conductivity在Engineering Data 中输入•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。
•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no separation（无分离的），那么当面出现在pinball radius内时就会发生热传导（绿色实线表示）。
ANSYS 热辐射实例教程
整理ppt
8-31
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
• 重新进入前处理器。 • 定义超单元, MATRIX50 并设置关键选项。
整理ppt
8-32
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
• 设置单元属性为 TYPE= 4 • 读入超单元矩阵文件生成辐射单元。指定使用的文件名。
整理ppt
8-33
辐射例题
Adiabatic
Heat Flux on Base Surface Note: Not all menus and 步骤s are detailed in the following pages.
整理ppt
Adiabatic
8-3
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
热载荷: • 热流入底座= 17 BTU/hr-in2。 • 热沉顶端空气温度为 90 °F。 • 叶片面上的换热系数为0.01 BTU/hr-in2-°F。 • 没有载荷的平面是绝热的。
• 用关键点生成的面。
整理ppt
8-10
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
• 第一次镜象形成的图形。
整理ppt
8-11
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
• 多次镜象形成的最终模型。带有颜色和号码的绘制如下。
整理ppt
8-12
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 单元图: PLANE55 quad 单元。
• 定义好新的单元类型, MATRIX50,生成辐射单元，使用7个在前面步 骤中生成的文件。
• 重新求解，并比较结果。
整理ppt
8-44
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
ANSYS热分析指南（第三、四章）
ANSYS热分析指南（第三、四章）第三章稳态热分析3.1稳态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。
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，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。
也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。
稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括：对流辐射热流率热流密度（单位面积热流）热生成率（单位体积热流）固定温度的边界条件稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。
事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。
当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。
3.2热分析的单元ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。
有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。
单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。
其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。
这些热分析单元如下：表3-1二维实体单元表3-2三维实体单元表3-3辐射连接单元表3-4传导杆单元表3-5对流连接单元表3-6壳单元表3-7耦合场单元表3-8特殊单元3.3热分析的基本过程ANSYS热分析包含如下三个主要步骤：前处理：建模求解：施加荷载并求解后处理：查看结果以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。
首先，对每一步的任务进行总体的介绍，然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照GUI路径逐步完成一个稳态热分析。
最后，本章提供了该实例等效的命令流文件。
ANSYS热辐射
第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。
电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。
热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。
由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。
物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-8 6.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为―灰体‖，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。
式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。
表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。
辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。
在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。
Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。
ANSYS 热分析培训 第八章
1. 通过将选项(K5)设置为include 来考虑辐射的附加节点 。
2. 通过选项(K9)设置形状系数的计算 方法。
March 30, 2002 Inventory #001445 8-23
辐射建模
使用表面效应单元建立辐射模型
表面效应单元
培训手册
HEAT TRANSFER 6.0
3D 边界条件, SURF152
March 30, 2002 Inventory #001445 8-11
灰体
实际表面叫做 灰体 ——因为它们与黑体辐射行为存在不同。 灰体在温度T时的总辐射率如下:
培训手册
HEAT TRANSFER 6.0
e (T )
E (T ) Eb (T )
其中 : E 灰体表面的半球辐射总 能量 Eb 黑体表面的半球辐射总 能量
q 反射表面
q
March 30, 2002 Inventory #001445 8-6
散射或反射
(续)
培训手册
HEAT TRANSFER 6.0
通常情况下，物体的表面可以理想地当作散射或反射面。
实际上，没有任何物体的表面是真正的散射或反射面。比较灰暗的表面 接近散射面，高度抛光的表面接近反射面。
为了简化计算，认为物体表面的辐射发生在所有方向和所有的波长上是 完全一样，这就是下面要讨论的情形。因此，在散射和反射表面之间没 有差别。
March 30, 2002 Inventory #001445 8-9
辐射率
面的总能量):
培训手册
HEAT TRANSFER 6.0
总辐射量, J, 是热流单位，表示表面发射和反射的能量总和 (如, 离开表
反射能
关于Ansys workbench热辐射APDL、Enclosure等的一些讨论
关于Ansys workbench热辐射APDL、Enclosure等的一些讨论ANSYS workbench对于热分析初学者来说相对比较容易简单上手，市面上和网络上也有不少的相关教程。
但是初学者在学到workbench中的热辐射一节时，往往会有一些疑惑。
本文将根据作者的一些理解以及大量的验证性例子，为大家进一步剖析一下，希望对初学者有所助益。
初学者学到热辐射这一节时通常会碰到如下几个问题：1、workbench平台中mechanical进行热辐射时，通过点击工具栏的相关快捷按扭仅能完成几何体对空气的热辐射？2、Workbench想要完成两个或者多个几何体之间的热辐射设置，只能通过APDL？APDL里的所谓的“封闭体数量”是指什么？3、Mechanical平台能否通过点击工具栏完成多个体之间的热辐射？4、Enclosure到底怎么设置，指的是什么？下面作者将对以上4个问题逐一进行讲解，并给出相应的计算结果进行验证。
问题一：workbench平台中mechanical进行热辐射时，通过点击工具栏的相关快捷按扭仅能完成几何体对空气的热辐射？讲解：很多初学者在一些参考书里都能看到这样一段话，就是通过点击工具栏仅仅能完成几何体对环境（空气）的热辐射而无法完成2个面或者多个面之间的热辐射。
对此我们先从下边一个例子开始讲起。
当我们模拟一个物体在空气中自然冷却的时候，mechanical中的设置比较简单，只需要设置物体的发射率和环境温度即可。
这里我们假设有一个直径1000mm的半球壳，球壳厚度50mm，初始温度100°，球壳外表面绝热，内表面参与热辐射。
计算它在23°空气中的导热情况，显然最后球体稳定下来的温度应该和环境温度一致，即23°。
相关设置情况和最终结果如下图所示。
仔细的读者可能已经发现在菜单栏radiation热辐射设置中，在correlation的下拉菜单里有一个surface to surface（面对面辐射）的选项。
ANSYS热分析教程及命令流算例
＝＝＝＝＝【热力耦合分析单元简介】＝＝＝＝＝＝SOLID5－三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。
在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9－二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。
使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。
PLANE13－二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31－辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。
LINK32－二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK33－三维传导杆用于节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
ANSYS(热辐射_第5节).
QUST
28
(3)确定状系数
命令：VTYPE
GUI：Main Menu > Radiation Matrix > Write Matrix
用什么方式计算形形状系数，ANSYS 提供两种选择， 即选择是隐藏还是非隐藏方法。非隐藏方法计算每两 个单元之间的形状系数，无论它们之间有无障碍；隐 藏方法默认）用一种隐藏线算法判断两辐射面之间是 否“可见”，如果可见则计算形状系
量必须守恒，对于任意两表面均有AiFij= Aj Fji
热辐射计算方程：
两个表面之间的热辐射计算公式为：
QUST
13
上式中各参量的物理意义如下：
Q：表面I的传热率
：Stefan-Bolzman常数
、
i ：有效热辐射率；
Ai ：表面I的面积；、
Ti
Tj
：表面I与表面J的绝对温度值。
QUST
7
.灰体
实际平面叫做“灰体”因为他们不象黑体。
3.ANSYS和辐射 ANSYS中关于辐射的重要假设和方法:
ANSYS 认为辐射是平面现象，因此适合用 不透明平面建模。
ANSYS 不直接计入平面反射率。考虑到效 率，假设平面吸收率和发射率相等 (a =
ε) 。因此，只有发射率特性需要在ANSYS
QUST
29
(4)定义空间节点： 命令：SPACE GUI：Main Menu > Radiation Matrix > Other
Settings 如为开放系统. (5)计算辐射矩阵并写入jobename.sub 文件 命令：WRITE GUI：Main Menu > Radiation Matrix > Write Matrix (6) 选择所有的节点和单元
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手工定义8个关键点和3个面。 镜象生成需要的模型。 使用quad PLANE55单元划分网格。 使用带有附加结点的SURF151 单元划分叶片外表面。 施加热流，对流和温度载荷。 运行初始运算，不带辐射效果。
8-5
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 定义单元类型 PLANE55 和SURF151, 设置关键选项。
8-13
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 平面效果单元划分的线，要施加对流载荷。
8-14
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • • 将线上的结点分离以生 成平面效果单元。 使用*get命令得到模型 中最大结点号，指定名 字为 “nn” 。 生成 “附加结点”; 指 定结点号 “nn+1”。
•
8-15
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 指定缺省属性为类型2, SURF151并生成带有附加结点的单元。
8-16
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 绘制带有附加结点的 SURF151 单元。
8-17
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 绘制施加的载荷和边界条件: 对流和附加结点上的温度。
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
问题描述:
情况1 - 铝合金热沉底座 (1/2 对称模型) 承受热流载荷。叶片通过与空
气的对流冷却。 情况2 - 在情况1上添加辐射效果，使用hidden方法生成的辐射矩阵。 情况3 - 在情况1上添加辐射效果，使用non-hidden 方法生成的辐射矩 阵。
ANSYS 情况2和情况3 的输 入文件 见附录B
注:不是所有菜单和步骤在后面详细说明。
8-24
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 重新进入前处理器。定义单元类型3, LINK32。
•
划分网格之前，设置属性为TYPE=3。
8-25
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 将辐射面上的结 点分离以生成覆 盖的LINK32 单元 。 生成LINK32 单元 使用 ESURF 命 令。 生成空间结点， 指定结点号为 “nn+2”。
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 与输入的热比较 …… 17 BTU/hr-in2 * 2.2 in2 = 37.4 BTU/hr
8-22
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 绘制热沉的温度场分布。
8-23
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
基本过程 情况 2- 包括辐射效果; 辐射矩阵-Hidden 方法。
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 打开单元坐标系符号绘制 LINK32 单元。
Adiabatic Adiabatic Heat Flux on Base Surface Note: Not all menus and 步骤s are detailed in the following pages.
8-3
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 热载荷: • 热流入底座= 17 BTU/hr-in2。 • 热沉顶端空气温度为 90 °F。 • 叶片面上的换热系数为0.01 BTU/hr-in2-°F。 • 没有载荷的平面是绝热的。 附加假设: • 这是开放系统，因此没有被叶片平面吸收的辐射将进入空间结点。 • 辐射只在叶片平面存在 (非绝热平面)。
8-18
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 绘制施加的载荷和边界条件: 热流。
8-19
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 求解当前步。本求解只包括热流和对流载荷，辐射在后面施加。
8-20
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 检查结果。 – 列出响应解。与输入的热比较。
8-21辐射例题86辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 定义材料特性; 只需要KXX。
8-7
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 定义参数用于生成关键点。
8-8
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
•
画关键点。8个关键点可以用于生成3个面 。
8-9
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
•
用关键点生成的面。
8-10
• • • • • • • • • • • 进入前处理器。 定义新单元类型, LINK32。 在辐射面上分离结点。 生成 LINK32单元，检查方向。 定义空间结点。 使用辐射矩阵单元生成辐射矩阵，radheat.sub. 重新进入前处理器。 定义新单元类型, MATRIX50。 读入矩阵文件radheat.sub生成辐射单元。 在空间结点施加温度。 重新计算。
8-1
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
模型尺寸:
8-2
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 指南: • 热沉材料为铝合金，KXX = 8.5 BTU/hr-in-°F。 • 使用 BIN 单位进行分析。 • 所有叶片的对流面其 h为常数。 • 使用带有附加结点的SURF151 单元施加对流。 • 热沉端面是绝热的。
8-4
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
基本过程 情况 1- 热沉热分析 (无辐射)。
• 定义数值参数如下:
base = .150 hgt = 1.0 ttop = 0.05 tbot = .150 fspc = .4 Note: Use of scalar parameters is not required. It is demonstrated only as one of many possible methods of generating geometry
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 第一次镜象形成的图形。
8-11
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 多次镜象形成的最终模型。带有颜色和号码的绘制如下。
8-12
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 单元图: PLANE55 quad 单元。
注: 使用全局单元大小 为0.045 英寸。
注: 我们将平面效果单元的附加结点用做空间结点。使用两 个结点我们可以分离各效果并更容易的分析对流和辐射的分
布。
•
•
8-26
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
检查覆盖网格的方向…
• 打开单元坐标系绘制检查单 元法线方向。 单元法线方向很重要因为它 定义了辐射的方向 (观察方向 )。
•
8-27
辐射例题