Ansys热分析教程 第三章
《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
ansys-热分析-瞬态-稳态
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Them-13
第三讲、热传递的方式
Definition
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： qn=-k*(dT/dx) ，式中 qn 为热流密 度（W/m2）， k为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量 流向温度降低的方向。 2、热对流 热对流是指固体的表面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。热对流可以分为两类： 自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述： qn= h*(TS-TB)，式中h为对流换热系数（或称膜传热系数、 给热系数、膜系数等）， TS为固体表面的温度， TB为周 围流体的温度。
基础知识
一、符号与单位 二、传热学经典理论回顾 三、热传递的方式 四、稳态传热 五、瞬态传热 六、线性与非线性 七、边界条件、初始条件 八、热分析误差估计
2001年10月1日 ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001) Them-2
目录 （续）
Lesson Objectives
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Them-5
热分析的目的
Objective
P-1. 热分析的目的
Definition
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。
ansys稳态及瞬态热分析.ppt
数； {T}为节点温度向量； {Q}为节点热流率向量，包含热生成； ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界 条件，生成[K] 、 {T}以及{Q} 。
2001年10月1日 2023/11/13
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Guidelines Them-16
第五讲、瞬态传热
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。 根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：
[C]{T}+[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； [C]为比热矩阵,考虑系统内能的增加; {T}为节点温度向量；
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Them-15
第四讲、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）
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Guidelines Them-19
第八讲、热分析误差估计
ANSYS热分析分析指南
ANSYS热分析指南第一章 简介 (2)第二章 基础知识 (4)第三章 稳态热分析 (8)第四章 瞬态热分析 (43)第五章 表面效应单元 (66)第六章 热辐射分析 (90)第七章 热应力分析 (120)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。
1.2 ANSYS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，ANSYS热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。
《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PPT合集 安世亚太内部教程
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(no mass transport of heat)第4 章– 附加考虑非线性分析第5章– 瞬态分析1-31-51-121-132-13-14-15-1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6-17-18-18-439-19-1410-1目录(续)第1 章介绍先决条件•理解热传递讲座的先决条件包括:– 掌握ANSYS 第1部分的培训课程或具备相应的ANSYS 实践经验 。
– 理工科学士或具备相等程度的热传递知识。
章节内容概述• 第1 章- 介绍• 第2 章- 基本概念– 术语– 符号和单位– 热传递的类型– 能量守恒定律(热力学第一定律)– 瞬态热传导的控制微分方程– 有限元方法– 有限元热分析中的基本符号– 如何使热传递分析包括非线性?章节内容概述• 第2 章- 续– 何时需要定义比热和密度?– 同结构分析的比较– 单元库概况；功能和限制– 例题1 - 基本热传递分析• 第3 章- 稳态热传递– 稳态热传递的控制方程– 热边界条件类型– 热分析样板– GUI 和ANSYS 命令– 分析过程逐步的讲解，使用例题: 带Fins的钢管的热分析章节内容概述• 第3 章- 续• 前处理- 建立模型• 求解处理器• 后处理器-“后处理101”– 例题2 - 晶体管的稳态热分析• 第4 章- 附加考虑非线性分析– 时间，载荷步, 子步和迭代方程– 收敛准则– 初始温度– 阶跃或渐进载荷– 其他非线性选项– 输出控制选项章节内容概述• 第4 章- 续– 控制/查看非线性分析– 例题3 - 晶体管的非线性热分析• 第5 章- 瞬态分析– 控制方程– 与稳态分析的区别– 查看瞬态结果– 例题4 - 晶体管的瞬态热分析• 第6 章- 复杂的, 时间和空间变化的边界条件– 表格化的热边界条件(载荷)– 基本变量– 用户定义的因变变量章节内容概述• 第6 章- 续– 典型的应用实例– 优点和缺点– 定义关键时间和输出时间– ANSYS 表格和数组复习– 例题5 - 有表格化载荷的瞬态练习• 第7 章-附加对流/热流载荷选项和简单的热/流单元– 对流作为平面载荷施加– 对流连接单元– 平面效果单元– 接触热阻的建模– 1D 热/流单元– 用户对流子程序章节内容概述• 第7 章- 续– 例题 6 - 低压气轮机箱的热分析• 第8 章- 辐射– 辐射概念的回顾– 基本定义– 辐射建模的可选择方法– 辐射矩阵模块– 辐射分析例题- 使用辐射矩阵模块进行热沉分析，隐式和非隐式方法。
Ansys热分析教程(全)
章节内容概述
• 第7章-续 – 例题 6 - 低压气轮机箱的热分析
• 第 8 章 - 辐射 – 辐射概念的回顾 – 基本定义 – 辐射建模的可选择方法 – 辐射矩阵模块 – 辐射分析例题 - 使用辐射矩阵模块进行热沉分析，隐式和非隐式方 法。
• 第 9 章 - 相变 – 基本模型/术语 – 在 ANSYS中求解相变 – 相变例题 - 飞轮铸造分析
传导
• 传导的热流由传导的傅立叶定律决定：
q*
=
− Knn
∂T ∂n
=
heat
flow
rate
per
unit
area
in
direction
n
Where, Knn = thermal conductivity in direction n
T = temperature
∂T = thermal gradient in direction n ∂n
• 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*
T
dT
dn
n
对流
• 对流的热流由冷却的牛顿准则得出:
q* = hf (TS − TB ) = heat flow rate per unit area between surface and fluid
Where, hf = convective film coefficient TS = surface temperature TB = bulk fluid temperature
• 第 6 章 - 复杂的, 时间和空间变化的边界条件 – 表格化的热边界条件 (载荷) – 基本变量 – 用户定义的因变变量
章节内容概述
最新ANSYS热分析指南——ANSYS稳态热分析
A N S Y S热分析指南——A N S Y S稳态热分析ANSYS热分析指南(第三章)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。
仿真在线-ANSYS热分析教程
目录第一章简介 (1)一、热分析的目的 (1)二、ANSYS的热分析 (1)三、A N S Y S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 (5)二、热分析的单元 (5)三、A N S Y S稳态热分析的基本过程 (5)实例1 (9)实例2 (12)第四章瞬态传热分析 (20)一、瞬态传热分析的定义 (20)二、瞬态热分析的单元及命令 (20)三、ANSYS瞬态热分析的主要步骤 (20)四、建模 (20)五、加载求解 (21)六、后处理 (23)七、相变问题 (23)实例1 (24)实例2 (25)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-℃ 3二、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; ∆U ∆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。
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有限元热分析教程
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/Multiphysic s、ANSYS/Mech anica l、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〕PEKE U W Q ∆+∆+∆=−式中:Q ——热量;W ——作功;——系统内能;∆U ——系统动能；∆KE ——系统势能；∆PE *对于大多数工程传热问题：；0==PE KE ∆∆*通常考虑没有做功：,则：；0=W U Q ∆=*对于稳态热分析：，即流入系统的热量等于流出的热量；0=∆=U Q *对于瞬态热分析：，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。
dtdUq =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：，式中为热流dxdTkq −=′′′′q 密度（W/m 2），为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。
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。
热分析ansys教程ppt课件
19.3 热分析的符号与单位
项目 长度 时间 质量 温度 力 能量(热量) 功率(热流率) 热流密度 生热速率 导热系数 对流系数 密度 比热 焓
国际单位
m s Kg ℃
N J W W/m2 W/m3 W/m-℃ W/m2-℃ Kg/m3 J/Kg-℃ J/m3
英制单位 ft[英尺]
19.11.3 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。
19.11.3.1 几何尺寸(模型)
Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-
Temperature
19.11.4 施加载荷计算(续)
b、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 Family: F GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Thermal-Heat Flow
➢ 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； [C]为比热矩阵,考虑系统内能的增加; {T}为节点温度向量； {T }为温度对时间的导数; {Q}为节点热流率向量，包含热生成。
ansys workbench热分析教程
ansys workbench热分析教程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、结果与后处理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•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: [K(T)]{T}= {Q(T )} •假设:–在稳态分析中不考虑瞬态影响–[K] 可以就是一个常量或就是温度的函数–{Q}可以就是一个常量或就是温度的函数•上述方程基于傅里叶定律:• 固体内部的热流(Fourier’s Law)就是[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就是很重要的。
•热分析里所有实体类都被约束:–体、面、线•线实体的截面与轴向在D esignModeler中定义• 热分析里不可以使用点质量(Point Mass)的特性•壳体与线体假设:–壳体:没有厚度方向上的温度梯度–线体:没有厚度变化,假设在截面上就是一个常量温度• 但在线实体的轴向仍有温度变化• 唯一需要的材料特性就是导热性(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。
… 材料特性Training ManualB、组件-实体接触Training Manual•对于结构分析,接触域就是自动生成的,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)。
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• 均匀温度
– 可以施加到所有结点上，不是一种温度约束。一般只用于施加初始温 度而非约束，在稳态或瞬态分析的第一个子步施加在所有结点上。它 也可以用于在非线性分析中估计随温度变化材料特性的初值。
• 热流率
– 是集中结点载荷。正的热流率表示能量流入模型。热流率同样可以施 加在关键点上。这种载荷通常用于对流和热流不能施加的情况下。施 加该载荷到热传导率有很大差距的区域上时应注意。
。
前处理：建模
定义并检查实常数
检查需要的实常数。注意现 在没有定义任何实参。单击 “Add….”开始。
前处理：建模
定义并检查实常数
• 定义实常数:
– 首先选中要定义实常数的单元类型
– 然后，在对话框中输入相应的数字以定义实常数。
注：如果有热生成载 荷（HGEN）施加到 表面效应单元上时， 必须指定厚度。
前处理：建模
定义并查看材料特性 要手工输入材料特性，首先选择Material Models菜单，并双击树 状结构以获得该分析所需的材料行为方式( 均匀各向同性，均匀 各向异性，对温度变化) …….
本例中使用的材料特性是均匀各向同性 的。第一种材料缺省的材料号为1。
前处理：建模
定义并查看材料特性
然后，在对话框中输入需要的数值………..
使用界面选项激活GUI菜单过滤; 只有与热分析有关的菜单项可以 显示和使用。如果不设置，所有的菜单都可以看到并使用。
激活热菜单过滤并单 击 “OK”。
建模
指定文件名 定义新的文件名与其他分析题目区别开来。所有文件名将为 jobname.ext，点取“YES”将重写文件名分别为jobname.log和 jobname.err的命令记录文件和错误文件。
本例中使用钢的热传导率为 0.75 BTU/hr-in-°F
对于均匀各向同性的稳态热 分析，只需要KXX的数值。
前处理：建模
变换文件名为 “stltube”
建模
指定标题
为分析指定一个描述性的标题。标题将打印在图形的底部，并在 载荷步文件和结果文件中显示。
输入标题: “Example - Steel Tube with Fins” 并单击 “S命令记录分析中使用的单位制。
本例中使用的单位制 记为British/Inches, 缩写为 “bin”
• • • •
高亮度的方框中标出了例子的步骤。
建模
• 热分析的第一阶段包括建模和划分网格。
• 在本部分，我们要:
– 指定文件名和标题。 – 记录使用的单位。 – 进入前处理器 • 定义单元类型和基本选项。 • 查看实参定义。 • 定义材料特性。 • 生成几何模型。
• 划分网格。
建模
设置GUI的菜单过滤选项
前处理：建模
定义并查看材料特性
在ANSYS中定义材料特性的选项:
– 在材料特性对话框中输入需要的数值。 – 从ANSYS材料库或用户自定义材料库中读入材料特性。
在定义了材料特性以后，也可以将材料特性写到文件中以备后 用。
前处理：建模
定义并查看材料特性 要从材料库中读入材料特性，只要指定包含所需数据的文件路径 和文件名即可。
选择一个类别
然后选择本类别 中的单元类型
• • •
使用HELP按钮得到单元库中的更多信息。 缺省状态下，第一个定义的单元类型其单元类型号为1。 如果GUI菜单过滤为热分析，只有热单元类型显示出来。
前处理：建模
查看并选择基本选项
关键选项
• • 关键选项或 KEYOPTs 是与单元类型相关的选项。 查看或修改关键选项的方法是选择下图中的“Options”:
分析目标:
稳态热传导分析实例
建模说明: • 内部对流载荷使用平面效 果单元。 • 使用 “在线上施加对流” 施加肋骨外表面上的对流 载荷。 • 在肋骨短部施加热流。 • 假设钢管是非常长的，不 考虑钢管端部的影响。 • 只对最小的循环部分建模。
•
下面是一个截面。
稳态热传导分析实例
绝热对称边界 对流面 对流面 翅片端部的热流密度
前处理：建模
查看并选择基本选项
查看SURF151单元的缺省基本选项并单击 “Options”。
前处理：建模
查看并选择关键选项
将单元行为从平面改变为轴对称。注意 K4的改变, 移去中间结点；K5的改变, 对 流计算中包含附加结点。结束后单击 “Close” 。
前处理：建模
定义并检查实常数
实常数
• • • • • 实常数是指定单元类型的几何特征。 并不是所有的单元类型都需要实常数。 有些单元类型只有在选择了某些基本选项时才需要实参。 使用ANSYS在线帮助得到更多的关于实参的说明。 第一个定义的实常数缺省指定为 实常数号1
例题中的单元类型都不需要实常数。
前处理：建模
定义并查看材料特性
稳态热分析中关于材料特性的总体说明
– 对于稳态分析，热材料特性必须输入热传导率“k”-KXX, 和可选的KYY, KZZ。 – – 如果用户不定义，KYY和KZZ缺省等于KXX。 密度(DENS)和比热(C)或热焓(ENTH)在没有质量传递的稳态热分析中不 需要。 – – 随温度变化的材料导热系数k, 使得热分析为非线性。 与温度有关的换热系数也被处理为材料特性。
单位
如要获得/UNITS命令的更多说明，请使用线上文档。
在输入窗口输入 “help, /UNITS” 查看 线上文档。
要使用帮助，在输入窗口中输入 “help,xxxxx”; “xxxxx” 可以是单元类型 (77), 命令(/units), 或单元类别(solid)。或 者，使用UtilityMenu>>Help下拉式菜单。
热分析样板
•
求解器
– – – – 定义分析类型，检查分析选项。 施加载荷和边界条件。 指定载荷步选项。 执行求解。
热分析样板
•
查看结果
– – – – 进入通用处理器和/或时序后处理器。 使用列表, 绘图, 等查看结果。 查看误差估计。 验证求解。
GUI 和 ANSYS 命令
• •
• •
ANSYS 是命令驱动程序。 ANSYS 命令可以手工输入，或用GUI(Graphical User Interface) 输入或两种方法混用。 GUI提供了一种和ANSYS交流的简单的方法。 GUI根据用户操作自动生成ANSYS命令。
T T T ... k zz k xx k yy q 0 x x y y z z
• 相应的有限元平衡方程为:
KT Q
热载荷和边界条件的类型
• 温度
– 自由度约束，将确定的温度施加到模型的特定区域。
• • • • 除了电磁场分析，用户不需“告诉”ANSYS你所使用的单位制。但是，你可以 使用/UNITS命令记录你所使用的单位。 一旦你决定了使用的单位制，请一直使用它。ANSYS 不提供任何单位转换。 选择的单位制将影响你的模型，材料特性，实参和载荷。 再次使用/UNITS并不完成单位制转换。
建模
有限元模型载荷
在结点上 均匀 在结点上 在结点上 在单元上 在结点上 在单元上 在结点上 在单元上 均匀
热流率 对流
集中力 面载荷
热流 热生成率
面载荷 体载荷
热载荷和边界条件的类型
热载荷和边界条件注意事项 – 在 ANSYS中, 没有施加载荷的边界作为完全绝热处理。 – 对称边界条件的施加是使边界绝热得到的。
ANSYS命令流文件在附录B中
稳态热传导分析实例
例题描述:
• • • • 热气体的温度是600 °F。内部的对流热交换 系数是0.40 BTU/hr-in2-°F。 外部大气温度是100 °F。外部的对流热交换 系数为0.025 BTU/hr-in2-°F。 每个肋骨端部热流为 -20 BTU/in2 。 分析其中最小的循环部分，要求得到如下结 果: 1) 温度场分布。 2) 肋骨上下端面的对流热耗散。
所有使用的命令列表在 jobname.log 文件中。
GUI 和 ANSYS 命令
•
查看ANSYS输 出窗口中命令 执行和文字输 出。
稳态热传导例题说明
分析过程中的每一步使用简单的例子说明。
高亮度的方框中标出了例子 的步骤。
基本描述 一个带有举行肋骨的长 钢管从管中流动的热气 体通过对流吸收能量。 外表面暴露在大气中， 热流从肋骨端部释放。.
绝热对称边界
简化成了最小的可重复2D几何模型。
稳态热传导分析实例
稳态热传递例题的指导说明:
• 使用最小的可循环部分求解下列问题: – 钢管/肋骨中的温度场分布 – 钢管/肋骨的对流热损耗 – 绘出钢管/肋骨面上的温度变化情况。 使用轴对称的PLANE55单元划分网格。 在钢管内荆使用带有附加结点的平面效果单元SURF151。 假设为恒定的，各向同性的材料特性。 没有随温度变化的特性。
1. DOF 约束 - 指定的 DOF (温度) 数值
2. 集中载荷 - 集中载荷(热流)施加在点上
3. 面载荷 -在面上的分布载荷(对流,热流) 4. 体载荷 - 体积或区域载荷
热载荷和边界条件的类型
施加的载荷 温度
载荷分类
约束
实体模型载荷
在关键点上 在线上 在面上 在关键点上 在线上(2D) 在面上(3D) 在线上(2D) 在面上(3D) 在关键点上 在面上 在体上
第3章 稳态热传递 (无热质量交换)
稳态热传递
• • 如果热能流动不随时间变化的话，热传递就称为是稳态的。 由于热能流动不随时间变化, 系统的温度和热载荷也都不随时间 变化。
•
由热力学第一定律，稳态热平衡可以表示为:
输入的能量— 输出的能量 = 0
稳态热传递控制方程
• 对于稳态热传递，表示热平衡的 微分方程为: