热设计 瞬态分析
浅谈瞬态热力学分析在热电池设计中的应用
瞬态热力学分析的一般方程为：
是传导矩阵，包括热系数、对流系数、辐射系数
是比热矩阵，考虑系统内能的增加；
图1 表面温度云图
图2 最高点温度曲线
从以上结果看，采取基本温度防护措施的结构，最高点表面温度为244℃，大于要求的200℃，不能满足用户要求。
3.2 温度防护措施改进
为了进一步降低表面温度，将热电池与外部结构使用保温材料进行了隔离，避免了热电池的金属外壳与外结构金属框架之间的直接接触，降低了传热效率，并更换了外部结构中使用的保温材料。
同上，对其进行仿真分析，结果如图3、最高点温度如图4所示。
图3 表面温度云图（顶面）
图4 最高点温度曲线
从结果来看，改进后的结构表面最高温度为142.51℃，大大低于要求的200℃，完全可以满足用户要求。
结束语
过高的表面温度会对导弹中装配的其他元器件造成影响。
瞬态热力学分析在结构的热设计、热防护中有着广泛的应用。
（下转第82页）。
瞬态热温度场分析
ANSYS工程应用教程——热与电磁学篇47页-瞬态热温度场分析例1：有一长方形金属板，其几何形状及边界条件如图4—7所示。
其中，板的长度为15cm，宽度为5cm，板的中央为一半径为1cm的同孔。
板的初始温度为500℃，将其突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W／m‘℃的流体介质中，试计算：1．第1s及第50s这两个时刻金属板内的温度分布情况。
2．金属板上四个质点的温度值在前50s内的变化情况。
3．整个金属板在前50s内的温度变化过程。
该金属板的基本材质属性如下：密度＝5000Kx／m’比热容＝200J／Kg K热传导率＝5W／m KFinish $/ clear $/title,transient slab problem!进入前处理/prep7Et,1,plane55Mp,dens,1,5000Mp,kxx,1,5Mp,c,1,200Save!创建几何模型Rectng,0,0.15,0,0.05Pcirc,0.01,,0,360Agen,,2,,,0.075,0.025,,,,1Asba,1,2Save!划分网格Esize,0.0025Amesh,3Save!进入加载求解/soluAntype,trans !设定分析类型为瞬态分析Ic,all,temp,500 !为所有节点设置初始温度500度SaveLplotSfl,1,conv,100,, 20 !设定金属板外边界1-4的对流载荷Sfl,2,conv,100,,20Sfl,3,conv,100,,20Sfl,4,conv,100,,20/psf,conv,hcoe,2Time,50 !设定瞬态分析时间/制定载荷步的结束时间Kbc,1 !设定为阶越的载荷（载荷步是恒定的，如是随时间线性变化应用ramped——0）Autots,on !打开自动时间步长(求解过程中自动调整时间步长)Deltim,1,0.1,2.5 !设定时间步长为1（最小0.1最大2.5），载荷子步数nsubstTimint,on !打开时间积分，off为稳态热分析Outres,all,all !输出每个子步的所有结果到*.rth文件中（outpr将输出到*.Out文件中）Solve!进入后处理/post1Set,,,1,,1,, !载荷步m=1，子步，比例因子，0-读实数部分/1读虚数部分，时间点，，Plnsol,temp,,0, !该画面显示了在第1秒钟时金属板的温度分布状况Set,,,1,,50Plnsol,temp,,0 !该画面显示了在第50秒钟时金属板的温度分布状况!/post26Nsol,2,82,temp,,left-up !变量2，节点82(左上点)，项目，，名字Plvar,2 !显示变量2!/post1 !查看金属板在前50秒内的温度变化过程Set,lastPlnsol,temp,Animate,10,0.5,,1,0,0,0 !捕捉的张数（默5），时间的推迟（默0.1），动画循环次数，自动缩放比!例（默0），用于动画的结果数据（默认0——目前载荷步），最小数据点，最大数据点Save/eof !退出正在读取的文件瞬态热温度场分析例2：一个半径为10mm，温度为90℃的钢球突然放入盛满了水的、完全绝热的边长为100mm的水箱中，水温度为20℃，如图7—5所示；。
热瞬态测试原理
热瞬态测试原理⼀、引⾔热瞬态测试是评估电⼦设备在温度变化条件下性能表现的重要⼿段。
随着科技的不断发展，电⼦设备在各个领域的应⽤越来越⼴泛，对设备的热性能要求也越来越⾼。
因此，理解和掌握热瞬态测试原理对于提升电⼦设备性能和稳定性⾄关重要。
⼆、热瞬态测试基本原理热瞬态测试主要研究电⼦设备在温度变化下的热响应⾏为。
其基本原理基于热传导、热对流和热辐射三⼤基本传热⽅式。
当电⼦设备在⼯作过程中产⽣热量时，其内部温度会发⽣变化，这些变化会通过材料的热传导引起温度梯度。
同时，与周围环境之间的热量交换也会通过热对流和热辐射的⽅式进⾏。
三、热瞬态测试⽅法1.稳态热测试：稳态热测试主要研究电⼦设备在稳定状态下，各部分的温度分布和热流情况。
这种⽅法适⽤于确定设备的⻓期热性能。
2.瞬态热测试：瞬态热测试则主要研究设备在温度突然变化时的热响应。
这种⽅法适⽤于评估设备的热设计和冷却性能。
四、热瞬态测试的实践应⽤1.电⼦元件性能评估：通过对电⼦元件进⾏热瞬态测试，可以了解其在温度变化下的性能表现，从⽽优化元件的设计和选型。
2.设备可靠性分析：通过分析设备的热瞬态响应，可以评估其在各种⼯作环境下的可靠性，从⽽制定更为合理的维护策略。
3.冷却系统性能评估：对于需要强制冷却的设备，通过热瞬态测试可以评估其冷却系统的性能，进⽽优化冷却⽅案。
五、未来展望随着科技的进步，电⼦设备的复杂性和集成度越来越⾼，对设备的热性能要求也越来越严格。
因此，未来对于热瞬态测试的研究将更加深⼊，测试技术也将更加先进。
具体来说，以下⼏个⽅⾯值得期待：1.测试精度提升：随着测量技术的发展，未来热瞬态测试的精度有望得到进⼀步提升，为设备的性能优化提供更为准确的数据⽀持。
2.多物理场耦合分析：随着多物理场仿真技术的发展，未来热瞬态测试将进⼀步考虑多种物理场之间的耦合效应，如电场、磁场、⼒场等，从⽽更准确地模拟和预测设备的实际⼯作状态。
3.在线监测与控制：利⽤先进的传感器和信号处理技术，未来有望实现设备的实时热瞬态监测与控制，从⽽提⾼设备的运⾏稳定性和可靠性。
Workbench瞬态热分析
Workbench瞬态热分析问题描述：将一个温度为900摄氏度的钢球放在空气中冷却，分别查看钢球和外部空气的温度变化。
分析类型：瞬态热分析分析平台：ANSYS Workbench 17.0分析人：技术邻一无所有就是打拼的理由研究模型：自定义一、引言结构热分析主要包括热传导、热对流、热辐射，热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒。
传热即是热量传递，凡是有温差存在的地方，必然有热量的传递。
传热现象在现实生活中普遍存在，比如食物的加热，冷却，有相变存在的蒸发冷凝换热等。
热分析类型主要有稳态热分析和瞬态热分析。
稳态热分析中，我们只关心物体达到热平衡状态时的热力条件，而不关心达到这种状态所用的时间。
在稳态热分析中，任意节点的温度不随时间的变化而变化。
一般来说，在稳态热分析中所需要的唯一材料属性是热导率。
在瞬态热分析中，我们只关心模型的热力状态与时间的函数关系，比如对水的加热过程。
在瞬态热分析中，需要对材料赋予热导率，密度，比热容等材料属性及初始温度，求解时间和时间增量这些边界条件。
在装配体的热分析中，我们还要考虑到接触区域传热，由于接触面可能存在表面粗糙度，接触压力等情况存在，导致存在接触热阻。
接触面存在两种传热方式，一种是附体间的热传递，另一种是通过空隙层的热传导，但因为气体的热导率比较低，所以接触热阻不利于传热。
由于钢球散热与时间有关，我们选择瞬态热分析进行钢球的散热分析。
二、分析思路及流程在分析中，我们忽略空气的流动。
先进行稳态热分析，获得瞬态热分析的初始条件，然后将其传递到瞬态热分析中；在瞬态热分析中添加空气对流换热，来求解随时间变化的温度场。
分析流程如下图所示：三、模型建立及网格划分：由于选取模型比较简单，我们在DM中建立一个钢球，选择钢球的半径为30mm，然后在外侧包络一层空气，包络厚度选择30mm，由于模型是对称的，为了节省计算时间，减少计算量，选取1/4模型进行研究（也可以选取1/8）。
由于模型较为简单，网格采用自动划分，模型及网格如下图所示：四、边界条件施加及结果分析：因为该问题为瞬态热分析，我们需要先进行稳态热分析获得瞬态热分析所需要的初始条件，对钢球设置初始温度为900摄氏度，空气初始温度为22摄氏度，将稳态热分析的结果作为瞬态分析的初始条件，对空气对流换热系数为10W/m2K。
ansys瞬态热分析教程及实例
大家好
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18
自动时间步长选项 命令：AUTOTS GUI：Main Menu > Solution > Analysis Type
> Sol'n Controls 打开后求解过程中将自动调整时间步长。
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时间积分选项 命令：TIMINT GUI：Main Menu > Solution > Load Step
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5. 瞬态传热分析
均匀初始温度：如果整个模
型的初始温度为均匀且非0
2
，使用下列菜单指定:
3 4 1
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7
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1
2 3
5. 瞬态传热分析
非均匀的初始温度
如果模型的初始温度分布
已知但不均匀，使用这些
菜单将初始条件施加在特
4
定节点上
5
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5. 瞬态传热分析
ANSYS 瞬态传热分析的主要步骤 1.建立有限元模型 2.施加载荷并求解 3.求解 4.查看分析结果
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5. 瞬态传热分析
在瞬态分析中，载荷步和子步的定义与非线性稳态分 析十分类似。载荷定义的每个载荷步的终点，并可以 随时间阶跃或渐进的施加。
每个载荷步的求解是在子步上得到。子步长根据时间 积分步长得到。
自动时间步 (ATS) 同样适用于瞬态分析，可以简化 ITS选择。 ITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性 (如果存在)。
Restart
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10条件分为两种情况：其一， 初始温度场已知；其二，初始温度场未知。
瞬态热分析实例(二维)
模型[1]热传导问题：如图，110R cm =，220R cm =，密度为36000/kg m ，比热容为220/()J kg K ⋅，热传导率为6/()W m K ⋅，初始温度为300℃，突然放入30℃的液体中冷却，这种液体对流换热系数2120/()h W m K =⋅。
计算：（1）第1秒和第60秒这两个时刻温度分布情况；（2）内外边在60秒内温度变化。
1．设置环境① 设置分析模块。
本例是温度分布分析，所以只需要选择热分析模块，这样就可以把结构分析模块、电磁场分析模块和流体分析模块的菜单都过滤掉。
设置如图② 设置单位在命令行输入“/units,SI ”，SI 为设定为国际单位制。
必须注意：[1] 秦宇.ANSYS 11.0基础与实例教程[M]. 北京,化学工业出版社,2009:318-330ANSYS程序不会为你的分析假定一个单位制，除了磁场分析以外，你可以使用任何单位制，只要你能保证你输入的所有数据都是按照这个单位制进行的。
也就是说，单位制在所有输入数据中应该保持一致。
使用/UNITS命令，你可以在ANSYS数据库中进行标记来表示你使用的单位制。
但是请注意，这个命令并不将一个单位转化为另一个。
它仅仅只作为对分析的一个评论记录。
什么意思呢？就是/UNITS只是个标记，告诉别人程序的单位制，即使程序中没有使用这种单位制，它也不能将这种单位制转化为自己标记的那个单位制。
所以，如果你要让ANSYS的单位为国际单位制，你在输入物理量之前，先将所有的物理量转换为国际单位制，如：原先你的图纸上均为毫米，比如一个矩形截面尺寸是400mm*500mm，那么，你在建模之前先转化为0.4m*0.5m然后输入的长度为0.4和0.5，ANSYS只知道你输入的是0.4和0.5，它不知道你的单位是什么。
2．定义单元类型和材料属性①选择单元类型。
如图：我们选择【Quad 4node 55】即选择了PLANE55单元。
下面介绍一下PLANE55单元，我们直接从ANSYS帮助文档中摘录。
ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述
+ qANSYS 稳态和瞬态热模拟基本步骤基于 ANSYS 9.0一、 稳态分析从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态 热分析。
其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，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 流入生成流出 - q =0在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化。
基本步骤：（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍） 1、选择分析类型点击 Preferences 菜单，出现对话框 1。
（3- 1）对话框 1我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择 Thermal 。
这样做的目的是为了 使后面的菜单中只有热分析相关的选项。
2、定义单元类型GUI ：Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 出现对话框 2对话框 2点击Add,出现对话框3对话框3在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。
对于三维模型，多选择SLOID87：六节点四面体单元。
3、选择温度单位默认一般都是国际单位制，温度为开尔文（K）。
如要改为℃，如下操作GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units选择需要的温度单位。
4、定义材料属性对于稳态分析，一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。
GUI:Preprocessor>Material Props>Material Models出现对话框4对话框4一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.对话框5若要设定材料的热导率随温度变化，主要针对半导体材料。
则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确。
设置完毕后，可以点击Graph按钮，软件会生成热导率随温度变化的曲线。
ANSYS瞬态热分析--样件加热
ANSYS瞬态热分析--样件加热⽬录1. 要求⼀块0.8m*0.4m*0.2m厚的钢板，在300℃的炉⼦中进⾏加热，其材料参数如下表所⽰:材料参数序号名称参数1导热系数452弹性模量210E93⽐热5403泊松⽐0.34密度78502. ANSYS有限元分析ANSYS单位W/m℃对流换热系数：取202.1 APDL建模!程序头FINISH/CLEAR/FILENAME, TSR/PREP7!设置单元ET,1,SOLID278!设置材料MP,KXX,1,45!定义材料的导热系数MP,C,1,540!定义⽐热容MP,DENS,1,7850!密度!建⽴模型BLC4,0,0,0.8,0.4,0.2!设置属性TYPE,1MAT,1!设置⽹格划分LESIZE,1,,,25LESIZE,2,,,25LESIZE,9,,,20VMESH,ALL!设置初始温度TUNIF,22,!对流换热系数和环境温度SFA,ALL,1,CONV,100,300!设置温度偏移TOFFST,273,!设置求解FINISH/SOLANTYPE,4!瞬态分析KBC,1TRNOPT,FULL!完全法LUMPM,0DELTIM,60,30,300!默认时间间隔60s，最⼩30s，最⼤300s OUTRES,ALL,ALL!结果完全输出TIME,6000!100分钟SOLVE!求解FINISH/POST1PLNSOL,TEMP,,0!显⽰温度云图!显⽰中间⼀点的温度随时间的曲线FINISH/POST26SOLU,191,NCMITSTORE,MERGEFILLDATA,191,,,,1,1REALVAR,191,191NSOL,2,NODE(0.4,0.2,0.2),TEMP,,TEMP_3STORE,MERGEXVAR,1PLVAR,2,SAVE最后时刻温度云图温度随时间变化曲线。
Ansys作业——瞬态热分析研究
Ansys作业—瞬态热分析问题描述瞬态热分析实例1长方形地板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示.板地宽度为5cm，其中间有一个半径为1cm 地圆孔.板地初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃地流体中，左端置于温度为500℃地温度场，试计算：⏹（1）第1s 和第50s板内地温度分布情况.⏹（2）整个板在前50s内地温度变化过程.⏹（3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线.1.建立有限元模型首先建立瞬态传热分析所需地有限元模型，选择单元.(1) 选择热分析单元，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete在弹出地对话框中，单击Add.在单元类型库对话框中选择Plane55单元.单击OK.命令：ET,1,PLANE55(2) 定义材料属性首先进入Define Material Model Behavior对话框，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props下面定义瞬态热分析所需地材料参数，如热传导率、比热容及材料密度：定义热传导GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Conductivity > Isotropic在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“5”.命令：MPDATA,KXX,1,,5定义比热容GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Specific Heat在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“200”.命令：MPDATA,C,1,,200定义密度GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Density在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“5000”.命令：MPDATA,DENS,1,,5000材料属性定义完毕.(3)建立实体模型根据本例所用模型，首先需要创建矩形，然后是圆，最后在矩形板中央减去（Substract）圆.下面介绍建立实体模型地操作：创建矩形命令：RECTNG,0,0.15,0,0.05创建圆面其操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Circle > By dimensions 在弹出对话框中，单击OK得到圆面.命令：CYL4, 0.075, 0.025, 0.01相减根据ANSYS建模过程中面序号赋值原理，直接可以肯定圆面序号为2，矩形序号为1，因此采用直接键入命令建实体模型：命令：asba,1,2图1 实体模型(4) 设定网格尺寸并划分网格图2 有限元模型2.施加载荷并求解(1)选择分析类型GUI：Main Menu > Preprocessor > Loads > Analysis Type > New Analysis 选择Transient 分析，单击OK.在弹出地子对话框中单击OK.(2)定义初始条件板地初始温度为20℃，设置初始温度操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Initial Condit'n > Define在弹出地拾取对话框中，单击Pick All.弹出Define Initial Conditions对话框，命令：IC,All,TEMP,20,(3)定义热约束定义对流边界GUI：Utility Menu > Plot > lines命令：LPLOT定义对流载荷/边界首先进入Apply Conv on lines 对话框，操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Convection > On Lines在弹出对话框中，键入Film coefficient和Bulk Temperature值.命令：SFL,L2,CONV,100, ,20,定义稳态热边界在边线上定义稳态热边界，操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Temperature > On Lines在弹出对话框中，键入边界温度为“500”.单击OK.命令：DL,L4, ,TEMP,500,1图3施加边界条件和载荷(4)设置时间及时间步进参数GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time –time steps在Time and time Step Optios对话框中按照下图设置，其余选项不变.TIME,50AUTOTS,1DELTIM,1,0.1,2.5,1KBC,0下面确认时间积分选项打开.操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time Integration保持默认设置，单击OK.命令：TIMINT,1TINTP,0.005, , ,-1,0.5,-1(5)设置输出控制GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Output Ctrls > DB/Results File 在File Write Frequency栏选项 Every Substep.命令：OUTRES,ALL,ALL,(6)求解GUI：Main Menu > Solution > Solve > Current LS.命令：Solve3.查看分析结果（1）POST1后处理，显示第1s和和第50s时温度场.图4显示第1s时地温度场重复上述操作，读入第50s时结果并显示温度场.下图所示为第50s温度场.图5显示第50s时地温度场(2)POST26 后处理需要查看A点随时间变化地温度场，首先必须定义A点温度变量，然后才能显示A点处.定义A点温度变量显示A 点温度随时间变化曲线，单击“GRAPH VARIABLE 按钮，得到A 点温度随时间变化曲线.图6A点温度-时间变化曲线4.命令流文件!进入前处理/prep7 /COM,Thermal Et,1,plane55Mp,dens,1,5000Mp,kxx,1,5Mp,c,1,200Save!创建几何模型Rectng,0,0.15,0,0.05CYL4,0.075,0.025,0.01Asba,1,2Save!划分网格SMRT,3Amesh,ALLSave!进入加载求解/soluAntype,transTRNOT,FULLLUMPM,0Ic,all,temp,20SaveLplotSFL,2,conv,100,,20 DL,4,,TEMP,500,0Time,50Kbc,0Autots,onDeltim,1,0.1,2.5,1Timint,onTINTP,0.005,,,-1,0.5,-1Outres,all,allSolveFINISH/POST1!*/EFACET,1PLNSOL, TEMP,, 0瞬态传热分析实例21.问题描述：一个直径为0.12m，温度为900摄氏度地钢球突然放入盛满了水地，完全绝热地横截面直径和孤傲度均为0.6m地圆柱体水箱中，水地温度为20，材料参数如图所示，求解10分钟后钢球与水地温度场分布（钢球置于水箱正中央）.2. 问题分析属于瞬间热传导问题，研究对象为钢球和水，根据轴对称性，在求解过程中取钢球和水中心纵截面地1/4建立几何模型，选择PLANE55轴对称单元进行分析.3.建立模型(1)添加标题添加标题，操作如下GUI：Utility Menu > File > Change Title在弹出地Referenc for GUI Filtering对话框中，选择 Thermal.单击OK.(2) 选择单元在单元类型库对话框中选择Plane55单元.单击OK.在Element behavior K3下拉框中选择Axisymmetric选项，其余默认.(3)定义材料属性1⏹定义热传导率在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“70”.⏹定义比热容在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“448”⏹定义密度在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“7800”.(4)定义材料属性2⏹定义热传导率在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“0.61”.⏹定义比热容在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“4185”⏹定义密度在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“1000”.(5)建立实体模型图7平面实体模型4.设定网格尺寸并划分网格图8有限元模型5．加载及求解求解之前首先要选择分析类型，然后定义边界条件及其载荷步选项，最后计算.首先选择分析类型.图9求解后显示图6.查看求解结果在POST1后处理器中查看结果图10总体温度场等值线图图11水地温度场等值线图图12球体温度场等值线图图13球心温度随时间地变化关系图7.命令流文件/Title,Transient slab ProblemKEYW, PR_THERM, !指定分析类型为热分析/prep7ET,1,Plane55KEYOPT,1,3,1MP,KXX,1,70MP,DENS,1,7800MP,C,1,448MP,KXX,2,0.61MP,DENS,2,1000MP,C,2,4185RECTANG,0,0.3,O,0.3PCIRC,0.06,0,0,90AOVERLAP,ALLNUMCMP,AREANUMCMP,LINE/TITLE,GEOMETRIC MODELAPLOTMSHAPE,0,2DMSHKEY,1LPLOT/PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,1/REPLOTLSEL,S,LINE,,4,5LESIZE,ALL,,,30,0.1LSEL,S,LINE,,6,7 !选择线段6，7LESIZE,ALL,,,32,0.1 !设置单元数量LSEL,S,LINE,,3 !选择线段3LESIZE,ALL,,,30 !设置单元数量ALLSELLCCAT,2,1 !将线段12联接在一起MAT,1 !选择材料参考号1AMESH,1 !对面1进行网格划分MAT,2 !选择材料参考号1AMESH,2 !对面1进行网格划分/TITLE, ELEMENTS IN MODELEPLOTFINISH/SOLUANTYPE,TRANSTIMINT,OFFTIME,0.01DELTIM,0.01ESEL,S,MAT,,1NSLE,SD,ALL,TEMP,900ESEL,S,MAT,,2NSLE,SD,ALL,TEMP,20ALLSELSOLVETIMINT,ONTIME,600DELTIM,26,2,200AUTOS,ONDDELE,ALL,TEMPOUTRES,,ALLSOLVEFINISH版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.GMsIa。
ANSYS workbench稳态及瞬态热分析
b. 网格控制：在Details of “Mesh ” 中单击sizing，size function选择 Proximity and Curvature（临近 以及曲率）选项
c. 选中Mesh，单击鼠标右键
→Generate Mesh
c
1
稳态热分析实例
划分网格 e. 对于曲面模型使用Proximity and Curvature（临近以及曲率）网格控制会
k导热系数（W/(m·℃)），q二次导数为热流密度（W/m^2）
1
热分析简介
基本的传热方式：热传导、热对流、热辐射、相变 2. 热对流（Convection） 对流是指温度不同的各个部分流体之间发生相对运动所引起的热量传递方 式。 热对流满足牛顿冷却方程：
q" h(Ts Tb)
q"为热流密度； h为物质的对流传热系数 ； TS是固体的表面温度； Tb为周围流体温度。
（续）
1
流程简介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
材料属性
1
流程简介
装配体与接触
•对于复杂的装配体模型，如果零件初始不接触将不会互相传热
•如果初始有接触就会发生传热
•对于不同的接触类型，将会决定接触面以及目标面之间是否会发生热量传递。 可以利用pinball调整模型可能出现的 间隙，如下表所示：
接触类型
•节点位于Pinball 内：
Mechanical。选中模型树 Geometry 下模型1 2. 在Detail of “1”中，展开Material选 项，单击Assignment后三角 3. 在下拉菜单中选择Copper Alloy
1
稳态热分析实例
划分网格 a. 首先使用程序自动划分网格，查
瞬态传热分析
第一章 热分析简介
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Them-4
目标
Module Objective
在完成本章学习后，我们应该对热分析的基本概念有所了解， 并了解它的基本分类。
第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 热分析的目的 ANSYS的热分析 ANSYS 热分析分类 耦合分析
Definition
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
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第二讲、热分析的单元
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： 线性： LINK32 两维二节点热传导单元 LINK33 三维二节点热传导单元 LINK34 二节点热对流单元 LINK31 二节点热辐射单元 二维实体：PLANE55 四节点四边形单元 PLANE77 八节点四边形单元 PLANE35 三节点三角形单元 PLANE75 四节点轴对称单元 PLANE78 八节点轴对称单元 三维实体SOLID87 六节点四面体单元 SOLID70 八节点六面体单元 SOLID90 二十节点六面体单元 壳 SHELL57 四节点 点 MASS71 有关单元的详细解释，请参阅《ANSYS Element Reference Guide》
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
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第一讲、稳态传热的定义
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。 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瞬态传热分析教程
ANSYS瞬态传热分析教程瞬态传热分析的定义瞬态热分析用于计算一个系统的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。
对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。
瞬态热分析中的单元及命令瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。
要了解每个单元的详细说明，请参阅《A NSYS Element Reference Guide》ANSYS 瞬态热分析的主要步骤建模加载求解后处理建模确定jobname、title、units, 进入PREP7；定义单元类型并设置选项；如果需要，定义单元实常数；定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热；建立几何模型；对几何模型划分网格。
加载求解1、定义分析类型如果第一次进行分析，或重新进行分析GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>TransientCommand: ANTYPE,TRANSIENT,NEW如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>RestartCommand: ANTYPE,TRANSIENT,REST2、获得瞬态热分析的初始条件①、定义均匀温度场如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度Command:TUNIFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp如果不在对话框中输入数据，则默认为参考温度，参考温度的值默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：Command:TREFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Reference Temp注意：设定均匀的初始温度，与如下的设定节点的温度（自由度）不同Command:DGUI: Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：Command:DDELEGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes②、设定非均匀的初始温度在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：Command:ICGUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'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：设定载荷（如已知的温度、热对流等）将时间积分设置为OFF：Command: TIMINT, OFFGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequen c>Time Integration设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001）：Command: TIMEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequen c>Time and Substps写入载荷步文件：Command:LSWRITEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Write LS File或先求解：Command:SOLVEGUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS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。
借助SOLIDWORKS瞬态热力分析,模拟物体表面温度变化 产品探索
借助SOLIDWORKS瞬态热力分析，模拟物体表面温度变化 | 产品探索
今天探讨一下瞬态热力分析，瞬态热力分析可以分析温度随时间的变化情况，也就是模型的热力状态与时间的函数关系。
例如，热水瓶设计师知道里面的流体温度最终将与室温相等（稳态），但设计师感兴趣的是找出流体的温度与时间的函数关系。
瞬态热力分析和稳态热力分析的分析条件指定基本相同，也就是需要指定材料属性的热导率、密度和比热等。
除此之外，瞬态热力分析还需要切换分析类型、指定初始温度、求解时间和时间增量等。
两热源热管散热模组瞬态性能热分析
两热源热管散热模组瞬态性能热分析热管是一种用于传导和散热热量的热传导设备，它具有快速响应、高效传热、结构简单、体积小和可靠性高等优点，因此广泛应用于电子设备、冷却系统和能源领域等各种应用中。
对于两热源热管散热模组的瞬态性能热分析，可以从热管的原理和热传导过程、瞬态响应时间和散热特性等方面进行分析。
首先，热管是利用液体在真空中进行循环流动实现热能传递的装置。
其基本原理是通过管内工质的汽化和凝结来实现热量的传递。
当一个端口的热源温度高于另一个端口时，热管内的工质被加热以汽化，从而增加了内部压力，使得汽液两相的工质在热管内部流动。
然后工质在另一端的低温区域凝结，并通过凝结的过程释放热量。
这种汽凝循环的过程可以一直进行，从而实现热量的传递。
其次，热管的瞬态响应时间是指热管在温度变化时所需要的时间来达到新的热平衡状态的时间。
热管的瞬态响应时间短是因为液体通过汽凝循环的方式传递热量，导热速度快。
当温度变化时，热管内部的工质可以迅速调整从而实现热量的传递。
因此，相比其他传热方式，热管可以更快地响应温度变化。
最后，热管散热模组的散热特性需要考虑多个因素，包括热源温度、热管材料、热管长度和直径等。
热管的散热能力取决于其内部工质的汽化和凝结过程，而这些过程又受到热源温度的影响。
同时，热管的散热能力还受到材料的导热性能和热交换面积的影响。
因此，为了得到更好的散热效果，可以选择导热性能好的热管材料，并适当增加热管的长度和直径来增加热交换面积。
总之，两热源热管散热模组的瞬态性能热分析需要考虑热管的原理和热传导过程、瞬态响应时间和散热特性等因素。
热管由于其快速响应、高效传热、结构简单和可靠性高等优点被广泛应用于各个领域。
在实际应用中，可以通过选择合适的热管材料、热管长度和直径等参数来提高散热效果。
热设计 瞬态分析
收敛准则：采用稳态收敛准则
因瞬态计算包括非稳态项在内，故时间 步的划分同网格的划分一样，都会对计 算的误差起影响，同网格一样，时间步 也必须足够密到能够描述所发生的变化
最好采用收敛准则： Monitor Point Convergence For Temperature
.
瞬态分析的收敛性
总功耗=稳态功耗值 * Transient F
收敛准则=稳态功耗值/200 !!!!!
例：某总功耗为200*F(t)W，设定方法如下两种： 1)稳态功耗值=200, F(t)=X[0,1]，收敛准则为1W 2)稳态功耗值=1, F(t)=X[0,200]，收敛准则为0.005W
注意：在瞬态分析中，如果某一时间步上的计算没有良好的 收敛，则计算的误差会累积到以后时间步的计算当中。
kA
经验公式：开机经过5*TC时间后，固体大致达到热平衡。
.
瞬态特性
时间常数的求解方法：t时刻一固体的温度值 估计公式，可借助该公式求解TC：
160.00 1.00 0.90
rature T-Ts/Tamb-Ts Exp Curve fit
T Ts exp(t / tc ) Tamb Ts
T:器件的t时刻点温度;
TS:器件的稳态温度; Tamb:环境温度
140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0 50 100 150 200 y=e
2 -0.05x
0.80 0.70 0.60 0.50 0.40
R =1
0.30 0.20 0.10 0.00 250
1)初场(优先级较initial variables小) Global System Settings的功能 2)边界条件(优先级较ambient小) 3)浮升力、辐射计算基准
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收敛准则：采用稳态收敛准则
因瞬态计算包括非稳态项在内，故时间 步的划分同网格的划分一样，都会对计 算的误差起影响，同网格一样，时间步 也必须足够密到能够描述所发生的变化
最好采用收敛准则： Monitor Point Convergence For Temperature
.
瞬态分析的收敛性
总功耗=稳态功耗值 * Transient F
.
瞬态分析的后处理
2)FLOMOTION后处理调入相应时刻点的温度场, Menu[File->Load Time Data] 1)首先在解算前必须保存某时 刻点的计算结果, Menu[Model->Save Transient Data]
FLOMOTION
3)Table后处理调入相应时刻点的温 度场, Menu[Edit->Mode->Display Result->Display Transient Data]
.
瞬态函数的设定
Transient Function
变化物理量=稳态设定值 * Transient F
.
瞬态函数的设定
采用曲线输入
函数形式输入
.
瞬态函数的设定
几种瞬态函数
+
+
=
.
瞬态函数的设定
Overlapping Functions
+
×
.
时间步的划分
Total Transient Time: Start Time:设定整个瞬态求解的起始时间 End Time:设定整个瞬态求解的终止时间 Transient Solution Period: Start Time:本次求解时瞬态计算起始的时间 Duration: 最大充许的时间步 Keypoint Tolerance: 最小充许的时间步
收敛准则=稳态功耗值/200 !!!!!
例：某总功耗为200*F(t)W，设定方法如下两种： 1)稳态功耗值=200, F(t)=X[0,1]，收敛准则为1W 2)稳态功耗值=1, F(t)=X[0,200]，收敛准则为0.005W
注意：在瞬态分析中，如果某一时间步上的计算没有良好的 收敛，则计算的误差会累积到以后时间步的计算当中。
kA
经验公式：开机经过5*TC时间后，固体大致达到热平衡。
.
瞬态特性
时间常数的求解方法：t时刻一固体的温度值 估计公式，可借助该公式求解TC：
160.00 1.00 0.90
Temperature T-Ts/Tamb-Ts Exp Curve fit
T Ts exp(t / tc ) Tamb Ts
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变化环境温度的设定
流体物性的计算 如果环境温度变化太大： 1)流体的物性应随温度值变化 2)自然浮升力的计算应基于变化 的流体密度
Fluid Property选择Ideal Gas Law而非Constant
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瞬态分析的收敛性
最大迭代次数N的设定必须合理，否则每 一次计算如果都无法完全收敛，则每一个 时间步都必须计算完最大的迭代次数N。
软件会自动跟据瞬态函数的 周期和忽变点上划分时间步
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时间步的划分
5分钟划分一个时间步 2.5分钟划分一个时间步 1.25分钟划分一个时间步
0.625分钟划分一个时间步 0.3125分钟划分一个时间步
时间步细分准则:一定要细分到 计算结果不发生改变为致:
例:一变化功耗:周期为5分钟
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变化环境温度的设定
.
高级培训:瞬态分析
Flomerics中国代表处
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瞬态分析
• • • • • 开机瞬态; 关机瞬态; 故障瞬态:冷却设备发生故障,如风扇失效; 变化功耗的瞬态; 变化环境温度的瞬态;
瞬态所需要的参数:
• • • 初场; 材料密度+比热容; 时间步上的离散;
.
瞬态特性
时间常数:热阻*热容
TC
V Cpl
瞬态分析必须保证密度和 比热容属性的存在!!
Thin Plate
V7.1新功能：热容网络模型
Compact Component
2R model
任何Collapsed的Cuboid或Enclosure Wall都不具备热容属性
芯片的双热阻模型或热阻网络模型 也不具备热容属性
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瞬态参数-芯片的折合材料库
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瞬态分析的后处理
• Profile中,可借助Monitor Point描述出 元器件某处温度随时间的变化关系
Monitor Points VS Time
1)定义一 固定值的初场 2)调用其它计算好的结果作为初场
模型可以不一致,网格必须一致
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瞬态的初场
初场的定义：
1)Global System Settings； 2)Initial Variables； 3)Subdomain 3)Subdomain
定义求解域内不同值的物理量
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瞬态参数-密度、比热容
1)初场(优先级较initial variables小) Global System Settings的功能 2)边界条件(优先级较ambient小) 3)浮升力、辐射计算基准
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瞬态的初场
初场的定义：
1)Global System Settings； 2)Initial Variables； 3)Subdomain
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瞬态分析步骤
1) 同稳态分析一样建立求解模型(材料的密度和比热容)； 2) 设定求解初场；
3) 设定瞬态变化物理量(变功耗\变环境温度\其它)；
4) 划分求解时间步； 5) 设定需保存结果的各时间步； 6) 求解分析； 7) 后处理；
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瞬态的初场
初场的定义：
1)Global System Settings； 2)Initial Variables； 3)Subdomain
T:器件的t时刻点温度;
TS:器件的稳态温度; Tamb:环境温度
140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0 50 100 150 200 y=e
2 -0.05x
0.80 0.70 0.60 0.50 0.40
R =1
0.30 0.20 0.10 0.00 250