瞬态热分析
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；。
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
*ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
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瞬态热分析教程及实例
大家好
QUST
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。
大家好
QUST
19
时间积分选项 命令：TIMINT GUI：Main Menu > Solution > Load Step
QUST
6
大家好
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
QUST
7
大家好
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
QUST
8
大家好
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
QUST
5
大家好
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
大家好
QUST
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-第33例瞬态热分析实例一水箱
第33例瞬态热分析实例——水箱本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。
33.1概述热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。
33.1.1 瞬态热分析的定义瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。
一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。
33.1.2 嚼态热分析的步骤瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。
1．建模瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。
注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。
2.施加载荷和求解(1)指定分析类型，Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择Transient。
(2)获得瞬态热分析的初始条件。
定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。
定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Initial Condit'n→Define即IC命令施加。
非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。
该稳态分析与一般的稳态分析相同。
注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts →Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步，Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step。
ANSYS热分析指南——ANSYS瞬态热分析
4.1瞬态传热的定义ANSYS/Multiphysics , ANSYS/Mechanical, ANSYS/FLOTRANANSYS/Professional 这些产品支持瞬态热分析。
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。
许多传热应用一热处理问题，喷管，引擎堵塞, 管路系统，压力容器等，都包含瞬态热分析。
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，可使用提供的函数工具描述载 荷〜时间曲线并将该函数作为载荷施加（请参考《ANSYS Basic Porcedures Guide 》中的“施加函数边界条件载荷”），或将载荷〜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4-1用荷载步定义时变荷载对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时还需定义其它载荷步选 项，如：载荷步为渐变或阶跃、自动时间步长等，定义完一个载荷步的所有信息 后，将其写为载荷步文件，最后利用载荷步文件统一求解。
本章对一个铸件的分 析的实例对此有进一步说明。
4.2瞬态热分析中使用的单元和命令瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同，第三章对单元有简单的描述。
要了解每个单元的详细说明，请参阅《 ANSYS Eleme nt Refere nee 》。
要了解每 个命令的详细功能，请参阅《ANSYS Comma nds Refere nce 。
4.3瞬态热分析的过程瞬态热分析的过程为：建模施加荷载并求解ANSYS 热分析指南（第四章） 第四章瞬态热分析Load▲ Stepped (KBCJ) ■SteppedSteady<state analysis在后处理中查看结果以下的内容将讲述瞬态分析的基本步骤，由于并不是每个瞬态分析的过程都一致，因此本书先对整个过程进行了一般的讲解，再进行实例的分析。
ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述..
ANSYS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：（3-1）=0+-q q q流入生成流出在稳态分析中，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。
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。
对话框5中，Material菜单，New Model选项，添加多种材料的热参数。
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
ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述..
ANSYS 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：=0q q q +-流入生成流出 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。
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（3-1）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。
anys19.0帮助文件-瞬态热分析
瞬态热分析瞬态热分析确定温度和其他随时间变化的热量。
温度分布随时间的变化在许多应用中都是令人感兴趣的，例如电子封装的冷却或热处理的淬火分析。
同样令人感兴趣的是温度分布导致热应力，从而导致失效。
在这种情况下，来自瞬态热分析的温度被用作用于热应力评估的结构分析的输入。
瞬态热分析可以使用ANSYS，Samcef，或ABAQUS求解器进行。
许多传热应用，如热处理问题、电子封装设计、喷嘴、发动机块、压力容器、流体-结构相互作用问题等，都涉及瞬态热分析。
瞬态热分析可以是线性的，也可以是非线性的。
温度相关的材料特性（热导率、比热或密度），或温度相关的对流系数或辐射效应，可以导致非线性分析，需要迭代过程才能获得精确的解。
大多数材料的热性能随温度的变化而变化，因此分析通常是非线性的。
创建分析系统关于本专题的基本一般信息这种分析类型的...：从工具箱中，将瞬态热（Samcef）或瞬态热（ABAQUS）模板拖动到项目原理图。
定义工程数据关于本专题的基本一般信息这种分析类型的...：瞬态热分析必须定义热导率、密度和比热。
热导率可以是各向同性的，也可以是各向同性的。
所有的性质都可以是恒定的，也可以是温度相关的..附加几何关于本专题的基本一般信息这种分析类型的...：对于瞬态热分析没有特殊的考虑。
定义零件行为关于本专题的基本一般信息这种分析类型的...：在热分析中，机械不支持刚体。
有关更多信息，请参见刚体的刚度行为文档。
您可以为此分析类型定义一个热点质量。
定义连接关于本专题的基本一般信息这种分析类型的...：在热分析中，只有接触是有效的。
任何接头或弹簧都被忽略。
在整个热分析过程中，保持接触的初始状态，即任何封闭的接触面都将保持封闭，任何开放的接触面在热分析期间都将保持开放。
在封闭接触面上的热传导被设置为足够高的值（基于热导率和模型大小），以模拟具有最小热阻的完美接触。
如果需要，您可以通过手动输入热导值来模拟不完美的接触。
默认情况下，联系结果（通过用户定义的结果通过CONTSTAT或CONT FLUX访问-请参阅机械APDL解决方案部分的用户定义结果）。
ANSYS瞬态热分析---零件在水中冷却
ANSYS瞬态热分析---零件在⽔中冷却⽬录1. 案例⼀个温度为300℃的铜环和⼀个温度为200℃的铁环，放置到22℃的⽔中进⾏淬⽕。
⽔桶为铁质的圆形。
分析中忽略⽔的流动。
材料参数热性能铜铁⽔导热系数（W/(m℃）383700.61密度（kg/m388897833996⽐热容（J/(kg.℃）3904484185因为忽略了⽔的流动，故可将⽔看为⼀种材料，直接进⾏分析2. APDL分析finish/clear!==============第⼀步：进⾏稳态⼆维轴对称分析===============================/filname,quench/prep7et,1,plane55 ! 选择单元类型keyopt,1,3,1 ! 设置为轴对称分析! 定义材料热性能参数mp,kxx,1,383mp,dens,1,8889mp,c,1,390 ! 定义铜的热物理性能参数mp,kxx,2,70mp,dens,2,7837mp,c,2,448 ! 定义铁的热物理性能参数mp,kxx,3,0.61mp,dens,3,996mp,c,3,4185 ! 定义⽔的热物理性能参数rectng,0,0.08,0,0.01rectng,0.08,0.1,0,0.01rectng,0.1,0.12,0,0.01rectng,0.12,0.14,0,0.01rectng,0.14,0.15,0,0.01rectng,0.14,0.15,0.01,0.055rectng,0.14,0.15,0.055,0.1rectng,0.14,0.15,0.1,0.15 ! 建⽴铁箱矩形rectng,0.08,0.1,0.01,0.055rectng,0.1,0.12,0.01,0.055 ! 建⽴铜环rectng,0.08,0.1,0.055,0.1 ! 建⽴铁环rectng,0,0.08,0.01,0.055rectng,0.12,0.14,0.01,0.055rectng,0,0.08,0.055,0.1rectng,0.10,0.12,0.055,0.1rectng,0.12,0.14,0.055,0.1rectng,0,0.08,0.1,0.15rectng,0.08,0.1,0.1,0.15rectng,0.10,0.12,0.1,0.15rectng,0.12,0.14,0.1,0.15 ! 建⽴⽔⼏何模型aglue,all ! 粘接各矩形esize,0.003,0, ! 定义单元划分尺⼨asel,s,,,1,21,20asel,a,,,23,29,1aatt,2,1,1 ! 附于铁箱和铁环的材料属性asel,s,,,30,33,3aatt,1,1,1 ! 附于铜环的材料属性asel,s,,,31,32,1asel,a,,,34,39,1asel,a,,,22aatt,3,1,1 ! 附于⽔的材料属性allsel,allmshkey,2 ! 定义映射单元划分类型amesh,all ! 划分单元asel,s,,,1,21,20asel,a,,,23,28,1asel,a,,,31,32,1asel,a,,,34,39,1asel,a,,,22nsla,,1d,all,temp,20 ! 施加铁箱和⽔的温度约束条件asel,s,,,30,33,3nsla,,1d,all,temp,300 ! 施加铜环的温度约束条件asel,s,,,29nsla,,1d,all,temp,200 ! 施加铁环的温度约束条件allsel,all/soluantype,trans ! 设定为瞬态分析timint,off ! 关掉时间积分, 即设定为稳态分析time,0.01 ! 设定只有⼀个⼦步的时间很⼩的载荷步deltim,0.01 ! 设定求解时间⼦步solve ! 求解!==============第⼆步：进⾏瞬态⼆维轴对称分析=============================== time,3600 ! 设定求解时间timint,on ! 打开时间积分deltim,26,2,200 ! 设置时间步长，最⼤及最⼩时间步长autots,on ! 打开⾃动时间步长ddelet,all,temp ! 删除稳态分析中定义的节点温度outres,all,1 ! 将每个⼦步的值写⼊数据库⽂件solve ! 求解finish/post1plnsol,temp,,0样件上的某点随时间变化的曲线。
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。
瞬态传热分析实例ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
非线性选项常用选项如下： １）迭代次数选项选项 命令：NEQIT GUI：Main Menu > Preprocessor > Loads >
> Apply > Initial Condit'n > Define 在瞬态传热分析中，节点温度可以通过此项
设定为不同的值。
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
初始温度场未知 如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须
New Analysis > Transient 延续上一次分析 命令：ANTYPE,TRANSIENT,REST GUI：Main Menu > Solution > Analysis Type >
Restart
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
温度，参考温度的值默认为零。
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3. 设置节点温度 命令：D GUI：Main Menu > Solution > Define Loads
定义瞬态传热分析的初始条件 瞬态传热分析的初始条件分为两种情况：其
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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瞬态分析
何为瞬态分析?
如果需要知道系统受随时间变化(或不变)的载荷和边界条件时的响应，就需
要进行瞬态分析 。
时变载荷
时变响应
热能存储效应在稳态分析中忽略，在此要考虑进去。时间，在稳态分析中只 用于计数，现在有了确定的物理含义。
涉及到相变的分析总是瞬态分析。这种比较特殊的瞬态分析在第9章中讨论 。This special type of transient analysis is discussed in Chapter 9.
* MASS71热质量单元比较特殊 ，它能够存贮热能单不能传递热 能。因此，本单元不需要热传导 系数。
5-3
瞬态分析前处理考虑因素(续)
象稳态分析一样，瞬态分析也可以是线性或非线性的。如果是非 线性的，前处理与稳态非线性分析有同样的要求。
稳态分析和瞬态分析对明显的区别在于加载和求解 过程。
在瞬态热分析数值方法的一个简单介绍以后，我们将集中解释这 些过程。
h Dt
rcDx
b
求解 D t 得到: Dt b rcDx (Again, where 0.1 b 0.5)
h
时间步长的预测精度随单元宽度的取值，平均的方法和比例因子b而变化。
5-9
数值过程
A generalized trapezoidal rule is used for time integration. 当前温度向量, {Tn }假设为已 知; 可以是初始温度或由前面的求解得到。我们定义下一个时间点的温度向量为:
响应特征值 表示最近载荷步求解的系统特征值:
r
DTT KDT DTT CDT
其中 {DT} 是温度向量 {T} 在最后时间步中的变化。它代表了系统的热能
传递和热能存储。它是无单位的时间并可以看作系统矩阵的付立叶数。 注意上式中是否由非线性 [KT] 代替了[K] 。
5-12
评估瞬态分析的准确程度 (续)
•如果时间步长 太小, 对于有中间节点的单元会形
成不切实际的变动，造成温度结果不真实。
T Dt
如果时间步长 太大, 就不能得
到足够的温度梯度。
t
一种方法是先指定一个相对较保守的初始时间步长，然后使用自动时间 步长增加时间步。下面的一些说明提供了大致估计初始时间步长的方法 。
5-7
时间步大小说明 (续)
5-5
时间积分
线性热系统温度变化由常数连续变化为另外的常数:
T
t
对于热瞬态分析，使用时间积分在离散的时间点上计算系统方程。求解之常情况下，ITS越小，计算结果越精确。tn
tn+1
t tn+2
5-6
时间步大小建议
选择合理的时间步很重要，它影响求解的精度和收敛性。
Tn 1 Tn (1 q)Dt Tn q Dt Tn1
(a)
其中 q 称为欧拉参数，缺省为1。下一个时间点的温度为:
C Tn1 K Tn 1 Q (b)
T
我们下面求解 Tn1， 使用方程(a)并将结果代入方程 (b): Tn
Tn+1 Dt
t
1 q Dt
C
K
Tn1
Q
C
1 q Dt
态问题都是精确有效的。
当 q 1, 时间积分方法是 “Backward Euler” 技术。这是缺省的和最稳定的设
置，因为它消除了可能带来严重非线性或高阶单元的非正常振动。 本技术一般 需要相对Crank-Nicolson较小的ITS得到精确的结果。
5-11
评估瞬态分析的准确程度
在瞬态热分析中有许多潜在的错误来源。为评估时间积分算法的准确性 ，ANSYS在每步计算后报告一些有用的数值:
5-4
控制方程
回忆线性系统热分析的控制方程矩阵形式。热存储项的计入将静态系统转变为瞬态系 统:
CT KT Q
热存储项 = (比热矩阵) x (时间对温度的微分)
在瞬态分析中，载荷随时间变化. . .
CT KT Qt
. . . 或,对于非线性瞬态分析, 时间 和 温度:
CT T KT T QT , t
在瞬态热分析中大致估计初始时间步长，可以使用Biot和Fourier数。 Biot
数 是不考虑尺寸的热阻对流和传导比例因子:
Bi h Dx K
其中 D x是名义单元宽度, h是平均对流换热系数，K 是平均导热系数。 Fourier 数 是不考虑尺寸的时间(Dt/t ) which quantifies the relative rates
Non-uniform
Known
1. Assign initial temperatures to groups of nodes and proceed with transient.
Non-uniform
Unknown
1. Run steady-state analysis first to establish initial temperatures.
• 施加瞬态分析控制和设置。
• 求解之前, 打开时间积分:
4
2
3
• 求解当前瞬态载荷步。
1
• 求解后续载荷步。时间积分效果保持打开直到在后面的
载荷步中关闭为止。
5-23
打开/关闭时间积分效果
象刚刚说明的那样, 稳态分析可以迅速的变为瞬态分析，只要简单的 在后续载荷步中将时间积分效果打开。 同样，瞬态分析可以变成稳态分析，只要简单的在后续载荷步中将时 间积分效果关闭。 结论: 从求解方法来说，瞬态分析和稳态分析的差别就在于时间积分
5-10
欧拉参数的更多说明
欧拉参数, q, 的数值大小在1/2 和 1之间。在这个范围内，时间积分算法是不明
显而且不稳定的。因此，ANSYS总是忽略ITS幅值来计算 (假设非线性收敛)。但 是，计算结果并不总是准确的。这里是选择积分参数的一些建议:
当 q 1/2, 时间积分方法是 “Crank-Nicolson”技术。本设置对于绝大多数热瞬
2. Turn on time integration effects and run transient.
注: 如果没有指定初 始温度，初始DOF 数值为0。
5-18
均匀初始温度
如果整个模型的初始温度为均匀且非0，使用下列菜单指定:
2
3 4 1
可以查看第4章定义非线性稳态分析起点 的例子。
5-19
of heat conduction vs. heat storage for an element of width D x :
Fo
K Dt
r c( Dx )2
其中 r 和 c 是平均的密度和比热。
5-8
时间步大小说明 (续)
如果Bi < 1: 可以将Fourier数设为常数并求解 D t来预测时间步长:
5-14
瞬态分析中加载和求解的考虑因素
第4章中非线性稳态分析的所有过程都适用于非线性热分析。就算没有非线性 特性，有些步骤也要进行，只是目的不同。比如，用户需要 . . .
» 将载荷划分为小段以保证ITS不是太大，求解精度足够 » 管理瞬态分析中通常生成的大量信息
我们在后面部分主要讲述瞬态热分析中加载和求解过程的特殊部分。 本材料 的详细讨论不属于本讲座的范围。可以参考《热分析指南》得到非线性热分 析的细节。
振动极限 是无量纲数，是响应特征值和当前时间步长的乘积:
f Dtnr
通常将振动极限限制在0.5 以下，保证系统的瞬态响应可以充分的反应。
5-13
时间步长预测
缺省情况下，自动时间步功能(ATS)按照振动幅度 预测时间步。ATS将振动幅度限制在公差的0.5之 内并调整 ITS以满足准则要求。
注意ATS如何根据振动 限制逐渐降低ITS。本 例可以在非线性瞬态分 析的ANSYS输出窗口中 得到。
NOTE: complete coverage of linear and nonlinear steady-state solution procedures are discussed in Chapters 3 and 4.
5-22
由稳态分析得到的初始温度 (续)
2. 后续载荷步为瞬态:
• 在第二个载荷步中，根据第一个载荷步施加载荷和边界条件。记住删除第一 个载荷步中多余的载荷。
始。 施加在有温度约束的节点上的初始条件被忽略。 根据初始温度域的性质，初始条件可以用以下方法之一指定:
Initial Temperature Distribution
Initial Temperature
Values
Procedure
Uniform
Known
1. Assign uniform initial temperature to entire model and proceed with transient.
5-2
瞬态分析前处理考虑因素
除了导热系数 (k), 密度 (r) 和 比热 (c ) ，材料特性应包含实体传递和存储热 能*的项目。可以定义 热焓 (H) (在相变分析中需要输入)。
这些材料特性用于计算每个单元的热存储性质并叠加到比热矩阵 [C]中。如果 模型中有热质量交换，这些特性用于确定热传导矩阵 [K]的修正项。
确定瞬态分析前的初始温度。要这样做，按照下列步骤:
1. 稳态第一载荷步:
• 进入求解器，使用稳态分析类型。 • 施加稳态初始载荷和边界条件。 • 为了方便，指定一个很小的结束时间 (如1E-3 秒)。避免使用非常小的时
间数值 (~ 1E-10) 因为可能形成数值错误。 • 指定其它所需的控制或设置 (如非线性控制)。 • 求解当前载荷步。
5-15
载荷步和子步
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