ANSYS热辐射分析
ANSYS热分析详解
ANSYS热分析详解ANSYS是一种常用的工程仿真软件，具有强大的多物理场耦合分析能力，其中热分析是其中一个重要的应用领域。
在ANSYS中进行热分析可以帮助工程师更好地了解物体在温度变化条件下的行为，从而优化设计方案。
下面将详细介绍ANSYS热分析的原理与流程。
首先，在进行ANSYS热分析前，需要进行前期准备工作。
包括建立几何模型，定义边界条件和导入材料参数等。
在建立几何模型时，可以使用ANSYS提供的建模工具或者导入CAD文件。
然后，需要定义材料参数，如热导率、比热等。
最后，需要定义边界条件，包括外界温度、边界热流、边界散热系数等。
接下来，进行热传导分析。
热传导分析是热分析的基础，用于计算物体内部的温度分布。
在ANSYS中，可以选择稳态或者瞬态分析。
对于稳态分析，需要设置收敛准则，使计算结果达到稳定状态。
对于瞬态分析，需要设置时间步长和总的仿真时间。
在进行计算时，ANSYS会利用有限元法对物体的几何形状进行离散化处理，并通过求解热传导方程来计算温度分布。
在得到物体内部的温度分布后，可以进行热应力分析。
热应力分析是在热传导分析的基础上引入力学应力计算的过程。
在ANSYS中，可以通过多物理场耦合分析的功能来实现。
首先，需要定义材料的线性热膨胀系数和弹性模量等力学参数。
然后，可以选择求解热固结方程和弹性平衡方程，来计算物体在温度变化条件下的应力分布。
除了热应力分析，还可以进行热辐射分析。
热辐射分析是在热传导分析的基础上引入辐射传热计算的过程。
在ANSYS中，可以选择不同的辐射模型来计算物体在温度变化条件下的辐射传热。
常用的辐射模型包括黑体辐射模型和灰体辐射模型等。
通过热辐射分析可以得到物体的辐射换热通量和辐射热功率等重要参数。
最后，进行结果分析和后处理。
在ANSYS中，可以对热分析的结果进行可视化和数据分析。
可以绘制温度云图、热应力云图等，从而更好地理解物体在热变形条件下的行为。
此外，还可以导出计算结果，并进行后续的工程设计和优化。
ANSYS热分析简介1
ANSYS热分析简介1⽬录1. ANSYS热分析简介1. ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡⽅程，⽤有限元的⽅法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。
2. ANSYS热分析包括热传导、热对流和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。
3. ANSYS中耦合场的分析种类有热-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。
4. 对于不同的零件，之间可以采⽤GLUE进⾏粘接，或者采⽤Overlap等⽅法，也可以建⽴接触。
1.1 传导传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或⼀个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。
对流：在物体和周围介质之间发⽣的热交换。
由温差存在⽽引起的热量交换，可以分为⾃然对流和强对流。
对流⼀般作为⾯边界条件施加。
热对流⽤⽜顿冷却⽅程来描述。
辐射：⼀个物体或者多个物体之间通过电磁波进⾏能量交换。
热辐射指物体发射电磁能，并被其他物体吸收转变为热的热量交换过程。
物体温度越⾼，单位时间辐射的热量越多。
热传导和热对流都需要传热介质，⽽热辐射⽆需任何介质，且在真空中的效率最⾼。
可以看出辐射分析是⾼度⾮线性的。
1.2 热载荷分类（1）DOF约束：温度（2）集中载荷：热流（3）⾯载荷：热流，对流（4）体载荷：体积或者区域载荷。
1.2.1 载荷施加序号APDL含义备注1TUNIF施加均匀初始温度2IC施加⾮均匀的初始温度1.3 热分析分类1.3.1 稳态热分析如果热能的流动不随时间变化的话，热传递就成为是稳态的。
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。
稳态热平衡满⾜热⼒学第⼀定律。
通常在进⾏瞬态分析前，进⾏稳态分析⽤于确定初始温度分布。
对于稳态传热，⼀般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可是是随温度变化的。
1.3.2 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他热参数。
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。
ANSYS热分析指南——ANSYS稳态热分析word精品文档59页
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。
最后，本章提供了该实例等效的命令流文件。
ANSYS 热辐射实例教程ppt课件
.
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。
.
8-33
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
• 求解前删除或不选 LINK32 单元。 • 进入求解器。 • 设置分析选项。 • 指定 TOFFST合适数值, 本例为460 。 • 在空间结点上施加温度约束90 ° F。
.
8-44
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
• 热沉中的温度场分布, NON-HIDDEN 方法。与HIDDEN 求解的结果 比较，他们是不同的:
.
8-45
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
• 响应求解列表，使用NON-HIDDEN 求解。与前面HIDDEN方法比较 并检查它们没有不同 :
.
8-46
.
8-1
模型尺寸:
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
.
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。
注: 不是所有菜单和步骤在后面都详 细叙述。
.
8-38
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析 • 本图确认了包含在辐射矩阵中的平面，使用NON-HIDDEN 方法。
叶片顶端平面 (在图 中圈出) 要作为单独 的辐射矩阵。
.
8-39
辐射例题
使用辐射矩阵单元的热沉分析
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热辐射第5节
没有实际的平面是真正的散射或反射面。比较 灰暗的平面接近散射面，高度抛光的平面接近 反射面。
QUST
4
为了简化计算，平面的辐射特性可以在所有的 波长和方向平均。因此，在散射和反射平面之 间没有差别。
两平面间的辐射热传递与它们平面绝对温度差 的四次方成正比:
QUST
16
灵活的在实体表面施加热载荷。例如，热流密 度与对流可以施加在同一外表面，但ANSYS在 计算过程中仅读取最后施加的面载荷进行计算。 为避免ANSYS只读取一种载荷，可以利用实体 单元承受热流密度，而表面效应单元承受对流 载荷。
QUST
17
SURF151 实常数:FORMF(角系数)、SBCONST（Stefan-
体单元相吻合，否则计算的结果是不正确的。 生成的SHELL57 或LINK32 单元的取向也很重要。
AUX12 假定辐射的方向是SHELL57 的+Z 向或 LINK32 的+Y 向。因此在生成SHELL57 或LJNK32 单 元时要注意节点的排列顺序。 如果所分析的系统是开放的，即一个面所辐射的热能 未被模型中其它的面吸收，则必须定义一个空间节点， 用于吸收损失的辐射热量。这个节点的位置是任意的。 对于封闭的系统，不应定义空间节点。
命令：ESURF GUI：Main Menu > Preprocessor > Modeling >
Create > Elements > Surf/Contact > Surf -suf > General Surface
QUST
24
注意： 辐射面上的SHELL57 或LINK32 单元与节点必须与实
(完整)ANSYS热分析详解
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 k q -=''，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基础教程—热分析
ANSYS基础教程—热分析关键字：ANSYS ANSYS教程ANSYS热分析信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享本文简述了进行稳态热分析的过程.有两方面的目的:重申第4章所介绍的典型分析步骤；介绍热荷载与边界条件.包括的主题有：概述、分析过程、专题讨论。
A. 概述·热分析用于确定结构中温度分布、温度梯度、热流以及其它类似的量.·热分析可能是稳态的或瞬态的.–稳态是指荷载条件已被“设置”成稳定状态，几乎不随时间变化. 如: 铁获得了预先设置的温度.–瞬态* 指条件随时间变化而变化. 如: 铸造中金属从熔融状态变为固态的冷却过程.·热荷载条件可能是:温度模型区温度已知.对流表面的热传递给周围的流体通过对流。
输入对流换热系数h和环境流体的平均温度Tb热通量* 单位面积上的热流率已知的面.热流率* 热流率已知的点.热生成率* 体的生热率已知的区域.热辐射* 通过辐射产生热传递的面. 输入辐射系数, Stefan-Boltzmann常数, “空间节点”的温度作为可选项输入.绝热面“完全绝热”面，该面上不发生热传递.B. 分析过程·稳态热分析过程和静力分析类似:–分析过程·几何尺寸（模型）·划分网格–求解·荷载条件·求解–后处理·查看结果·检查结果是否正确·通过(Main Menu > Preferences)把图形用户界面的优先级设置成热分析. 前处理几何尺寸（模型）·既可用ANSYS建立模型，也可用其它方法建好模型后导入.·模型建好后，以上两种建模方法的具体过程将不再显示.-划分网格·首先定义单元属性: 单元类型, 实常数, 材料属性.-单元类型·下表给出了常用的热单元类型.·每个结点只有一个自由度: 温度常用的热单元类型-材料属性–必须输入导热系数, KXX.–如果施加了内部热生成率，则需指定比热(C).–ANSYS提供的材料库(/ansys57/matlib)包括几种常用材料的结构属性和热属性, 但是建议用户创建、使用自己的材料库.–把优先设置为“热分析”，使材料模型图形用户界面只显示材料的热属性.-实常数–主要应用于壳单元和线单元.·划分网格.–存储数据文件.–使用MeshTool划分网格. 使用缺省的智能网格划分级别6可以生成很好的初始网格.·至此完成前处理，下面开始求解.求解荷载·指定的温度–热分析的自由度约束–Solution > -Loads-Apply > Temperature–或D命令系列(DA, DL, D)·热流–这些是面荷载–Solution > -Loads-Apply > Convection–或SF命令系列(SFA, SFL, SF, SFE)·绝热面–“完全绝热”面，该面上不发生热传递.–这是缺省条件, 如,没有指定边界条件的任何一个面都被自动作为绝热面处理.·其它可能的热荷载:–热通量(BTU / (hr-in2)–热流(BTU / hr)–热生成率(BTU / (hr-in3)–热辐射(BTU / hr)求解·首先存储数据库文件.·然后输入SOLVE命令或点击菜单Solution > -Solve-Current LS.–结果被写入结果文件, jobname.rth, 该结果文件同时也写入内存中的数据库文件.·至此完成求解过程. 下面进入后处理部分.后处理查看结果·典型的等值线绘图包括温度等值线，温度梯度等值线和热通量等值线–General Postproc> Plot Results > Nodal Solu…(或Element Solu…)–或用PLNSOL(或PLESOL)·对3-D 实体模型绘制云图时，选项isosurfaces(等值面)是非常有用的. 用/CTYPE命令或Utility Menu > PlotCtrls> Style > Contours > Contour Style.·检查结果是否正确·温度是否在预期的范围内?–在指定温度和热流边界的基础上，估计预期的范围.·网格大小是否满足精度?–和受力分析一样，可以画出非均匀分布的温度梯度(单元解) 并找出高梯度的单元. 这些区域可作为重新定义网格时的参考.–若节点温度梯度（平均的）和单元温度梯度（非平均的）之间的差别很大，则可能是网格划分太粗糙.。
ansys热分析
ANSYS热分析概述ANSYS是一种通用的有限元方法（Finite Element Method，FEM）软件，可以用于热分析。
热分析是通过模拟和分析物体的温度和热流来研究热传导、热膨胀、热辐射等热现象的一种方法。
在工程设计和科学研究中，热分析在许多领域都具有重要的应用价值。
在ANSYS中，热分析可以通过添加适当的热边界条件和材料参数来实现。
热分析步骤ANSYS热分析的一般步骤如下：1.几何建模：在ANSYS中创建或导入需要进行热分析的几何模型。
可以使用ANSYS的几何建模工具来创建模型，也可以从CAD软件中导入模型。
2.材料定义：定义模型中各个部分的材料属性。
对于热分析来说，主要需要定义材料的热导率、热容等参数。
ANSYS提供了各种材料模型和材料数据库来方便用户进行材料定义。
3.网格划分：将几何模型划分成小的有限元单元，以便将其离散化为一系列小区域。
这一步骤通常由ANSYS自动完成，但也可以手动调整网格密度和精度。
4.热边界条件：根据需要为模型设置热边界条件。
热边界条件包括固定温度、热通量、对流换热等。
这些边界条件将直接影响热分析的结果。
5.求解：使用ANSYS提供的求解器对热分析进行求解。
求解过程将根据模型的几何形状、材料属性和边界条件来计算模型的温度分布和热流。
6.结果分析：对求解得到的结果进行分析和后处理。
可以通过ANSYS提供的可视化工具、图表和数据输出来展示和分析计算结果。
根据需要，可以进一步优化模型和参数。
ANSYS热分析的应用领域ANSYS热分析在许多工程和科学领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 热传导分析热传导分析是研究物体内部温度分布和热传导过程的一种方法。
它在热处理、电路设计、能源系统等领域有重要应用。
利用ANSYS进行热传导分析可以帮助工程师优化设计，改善热传导性能。
2. 热应力分析热应力分析是研究物体在热载荷下产生的应力和变形的一种方法。
热应力分析在焊接、高温材料等领域有应用。
ANSYS Fluent 在热分析中的使用介绍
ANSYS Fluent 在热分析中的使用介绍ANSYS Fluent 在热分析中的用法介绍湃睿科技1. 基本概念：热能的传递有三种基本的方式：热传导，热对流，热辐射1.1 热传导物体各部分之间不发生相对位移时，依赖分子、原子及自由等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导。
导热的基本定率被总结为傅立叶定率：其中，Φ为热流量，单位为 W，λ为导热系数，单位为W/(m·K），Α为面积，Τ为温度。
普通而言，气体的导热系数值约在0.006~0.6 之间，其值随着温度的上升而增大。
液体的导热系数约在0.07~0.7 之间，除了水和某些水溶液及甘油外，绝大多数液体的导热系数会随着温度的上升而减小。
1.2 热对流因为流体的宏观运动而引起民的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体互相掺混所导致的热量传递过程称为热对流。
需要解释的是热对流只能发生在流体当中，而且因为流体中的分子同时在举行着不规章的热运动，因而热对流必定陪同着热传导。
工程中感爱好的是流体流对一个物体表面时流体与物体表面之间的热量传递过程，我们称之为对流传热，以区分于普通意义上的热对流。
事实上，我们平常所说的热对流也指这种状况。
按照引起流淌的缘由来划分，对流传热可以区别为自然对流和强制对流两大类。
对流传热的基本计算公式为牛顿冷却公式：其中，为表面传热系数，也被称为对流换热系数，单位为 W/(㎡·K）。
1.3 热辐射物体因为热的缘由而发出辐射能的现象我们称之为热辐射。
理论上讲，只要物体的温度高于肯定零度（0 K），物体就会不断的把热能变为辐射能，向外发出热辐射。
热辐射的基本计算公式为斯忒藩-玻耳兹曼定律，又称为四次方定律：其中，为物体的放射率，也称为黑度，其值总小于1，为斯忒藩-玻耳兹曼常量，它是个自然常数，其值为5.67e-08W/(㎡·K4）， T为热力学温度，单位 K。
以上为三种基本传热方式的介绍，在实际问题中，这些方式往往不是单独浮现的，很可能是多种传热方式的组合形式。
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的热分析
第一章简介一、热分析之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之热分析•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 热分析之分类•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、耦合分析之•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：dxdTkq -=''，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热分析
ansys热分析ANSYS热分析引言热分析是一种在工程领域广泛应用的分析方法，它可以用来研究物体在不同温度条件下的热传导、热扩散和热辐射等问题。
ANSYS是一款被广泛应用于工程仿真的软件，其中包括了强大的热分析功能。
本文将介绍ANSYS热分析的基本原理、流程以及在不同工程领域中的应用。
一、ANSYS热分析的基本原理ANSYS热分析基于热传导和热辐射的基本原理，通过数学和物理模型来描述和分析物体在不同温度条件下的热行为。
热传导是指热能通过物质内部的分子运动传递的过程，而热辐射则是指物体通过电磁波的辐射传递热能的过程。
热分析可以帮助工程师预测和优化物体在真实工作环境下的热性能，从而提高产品的质量和可靠性。
二、ANSYS热分析的流程ANSYS热分析的流程通常包括几个基本步骤，下面将逐一介绍：1. 几何建模：在进行热分析之前，需要通过ANSYS软件进行几何建模，将待分析的物体建模成三维几何模型。
这一步骤可以使用ANSYS的几何建模工具来完成，如DesignModeler等。
2. 网格划分：在几何建模完成后，需要将几何模型分割成小的单元，如三角形或四边形等，以便进行数值计算。
这一步骤被称为网格划分或网格生成，通常使用ANSYS的网格划分工具进行。
3. 材料属性设置：在进行热分析之前，需要对物体的材料属性进行设置，如热导率、比热容等。
这些参数将影响热传导的速度和过程。
4. 边界条件设置：在热分析中，需要设置物体的边界条件，如温度边界条件、热通量边界条件等。
这些边界条件描述了物体在不同部位的热输入和输出。
5. 求解和结果分析：在完成前面的步骤后，可以使用ANSYS的求解器来求解热传导方程和辐射传热方程。
求解完成后，可以对结果进行分析，如温度分布、热流量等。
三、ANSYS热分析在不同工程领域中的应用1. 汽车工程：ANSYS热分析在汽车工程领域中有着广泛的应用。
例如，可以通过热分析来研究发动机的热耗散问题，优化散热系统的设计，提高发动机的工作效率和寿命。
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
ANSYS热分析指南
ANSYS热分析指南第五章热辐射一、什么是热辐射辐射是一种通过电磁波传递能量的方式。
电磁波以光速传播且无需任何介质。
热辐射仅为电磁波谱中的一小段。
因为由于热辐射引起的热流与物体表面绝对温度的四次方成正比，因此热辐射分析是高度非线性的。
二、分析热辐射问题ANSYS 提供了三种方法分析热辐射问题：· 用LINK31，辐射线单元，分析两个点或多对点之间的热辐射；· 用表面效应单元SURF19 或SURF22，分析点对面的热辐射；· 用AUX12，热辐射矩阵生成器，分析面与面之间的热辐射以上三种方法既可用于稳态热分析，也可用于瞬态热分析。
热辐射分析要注意温度的单位制，因为计算热辐射使用的温度单位是绝对温度。
如果在加载时使用的是华氏温度，就要设置460 的差值；如果为摄氏温度，差值为273。
Command:TOFFSTGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis OptionsGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options三、使用LINK31—辐射线单元LINK31 是一个两节点非线性线单元，用于计算由辐射引起的两点之间的热传递。
此单元要求输入如下的实常数：· 有效的热辐射面积；· 形状系数· 辐射率· Stefan-Boltzmann 常数四、使用表面效应单元表面效应单元可以方便地分析点与面之间的辐射传热。
SURF19 用于两维模型，SURF22 用于三维模型。
单元应设置为包含辐射KEYOPT(9)。
五、使用AUX12—辐射矩阵生成器此方法用于计算多个辐射面之间的辐射传热。
这种方法生成辐射面之间形状系数矩阵，并将此矩阵作为超单元用于热分析。
PDF 文件使用"pdfFactory Pro" 试用版本创建No Boundaries ANSYS热分析指南——————————————————————————————————————————————AUX12 方法由三个步骤组成：· 定义辐射面· 生成辐射矩阵· 在热分析中使用辐射矩阵1?￠定义辐射面￡¨1￡?在PREP7 中建模、划分网格。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生成辐射矩阵的步骤（conti）
4．确定辐射率（缺省为1.0）： 命令：EMIS GUI:Main Menu>Radiation Matrix>Emmisivities 5. 定义Stefan-Baltzmann常数（缺省情况下，英制单位为0.119×10-10 Btu/hr-in2-R4，国际单位制为5.67×10－8W/m2K4）。 命令：STEF GUI：Main Menu>Radiation Matrix>Other Settings
生成辐射矩阵的步骤
1．进入Aux12 命令：/AUX12 GUI：Main Menu>Radiation 2. 选择构成辐射面的节点和单元。较简便的方法是根据单元属性选择（如单元 类型）选择单元，然后选择所有Attached to单元的节点（同时应注意将空间 节点也选择进来）: 命令：ESEL,S,TYPE和NSEL GUI:Utility Menu>Select>Entities 3. 确定所分析的模型是3D还是2D 命令：GEOM GUI:Main Menu>Radiation Matrix>Other Settings AUX12采用不同的算法分别计算2D和3D模型的形状系数，AUX12默认为3D。2D 可以是平面的（NDIV＝0），也可以是轴对称的（NDIV >0），缺省为平面的。 轴对称模型在内部展成3D，NDIV是圆周方向分割数量。例如NDIV＝10，则每 段为36度。
分析热辐射问题
针对不同的情况ANSYS为热辐射分析提供了四种方法。 热辐射线单元（LINK31），模拟两节点间（或多对节点）间辐射； 表面效应单元（SURF151及SURF152），模拟点对面（线）的辐射； 利用AUX12生成辐射矩阵，模拟更一般的面与面（或线与线）的辐射(只 有ANSYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical和ANSYS/Professional这 些产品提供辐射矩阵生成器)； Radiosity求解器方法，求解二维、三维面与面之间的热辐射，该方法对 所有含温度自由度的二维和三维单元都适用。(只有Multiphysics， ANSYS/Mechanical和ANSYS/Professional这些产品提供Radiosity求 解器) 可以将上面四种辐射方法中的任何一种用于稳态或瞬态热分析中。 辐射是一种非线性现象，因此需要进行平衡迭代来得到收敛解。
q / A T
4
式中：T —物体表面的绝对温度； σ—Stefan-Boltzmann常数，英制为 0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制 为5.67×10-8
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ε （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。 ε= q/qb 式中：ε －辐射率（黑度） q－物体表面辐射热量 qb－黑体在同一表面辐射热量
求解方法2：应用表面效应单元求解热辐射问题
应用表面效应单元可以方便地计算点与面间的辐射，包括2D的SURF151及 3D的SURF152单元： 首先在实体单元的辐射表面覆盖一层表面效应单元； 单元关键选项KEYOPT(9)激活这些单元的热辐射分析功能； 如果设置KEYOPT(9)＝1（缺省值），则可在单元实常数中定义形状系 数； 如果设置KEYOPT(9)＝2或3，则程序基于单元表面的法向与附加节点的 位置关系、考虑余弦效应，计算形状系数。 使用表面单元进行热辐射分析的实例，请参考《ANSYS 校验手册》： VM192 Cooling of a billet by radiation
基本概念(conti)
• 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：
黑体辐射
如图所示为一黑体,表面积为1m2,形状系数和辐射率均 为1,温度T为2000℃，环境温度Ta为0°C,求黑体的辐射 热流率。
该问题属于热辐射问题,选择LINK31热辐射单元进行求解。
定义单元类型
定义实常熟
建立节点
注意:这里的辐射节点和其它节点的区别
建立单元
加载和求解
辐射求解器
查看结果
求解设置界面
求解方法3：应用AUX12辐射矩阵生成器求解热辐射问题
只有ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，Thermal等产品提供 AUX12，用于计算多个辐射面之间的辐射热传递。AUX12生成辐射面间的 形状系数矩阵，并将此矩阵作为超单元用于热分析。分析模型可包含隐 藏面或部分隐藏面，以及能吸收辐射能量的“空间节点”。使用AUX12计 算面与面之间的辐射可分为以下三个步骤： （1）定义辐射面 （2）生成辐射在2D有限元模型的辐射边上覆盖一层LINK32单元，或在3D有限 元模型的辐射面上覆盖一层SHELL57单元，步骤如下：
在前处理中创建热分析模型。由于辐射表面不支持对称条件，包含辐射的 模型就无法利用几何上的对称性，因此必须建立完整的分析模型。
创建AUX12的方法（conti）
在辐射面上覆盖一层SHELL57（3D）或LINK32（2D）单 元。最好的方法是先选择辐射面的节点，然后用下面的 方法创建面上的单元： 命令：ESURF GUI:Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Surf Effect>Extra Node Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Surf Effect>No extra Node
求解方法1：应用节点间单元的求解热辐射问题
非线性线单元LINK31用于计算两节点间或多对节点间的简 单辐射热传递，节点的位置是任意的，可作为其它单元的节 点。LINK31需要定义如下数据： 材料属性：EMIS辐射率（可以随温度变化） 实常数：AREA（Ai）（有效辐射面积） FORMF（Fij）（形状系数） SBCONST（Stefan-Boltzman常数） 有关LINK31的使用实例，请参考《ANSYS 校验手册》： VM106Radiant energy emission VM107Thermocouple radiation
创建AUX12的方法（conti）
• 在执行上述命令之前，要确定首先激活了相应的单元类型及材料 属性，如果不同辐射面的辐射率不同，建议用材料编号来区分这 些面。还要注意SHELL57或LINK32的节点一定要与相应实体单元 对应节点编号重合。否则计算结果将是错误的。 • 所覆盖的SHELL57或LINK32单元的方向是非常重要的。AUX12假设 辐射方向是SHELL57单元坐标系的正Z向或LINK32单元坐标系的正 Y向，因此必须正确地划分覆盖层的网格以使辐射面相对。单元 的方向是由节点的排列顺序决定的，如下图所示:
计算参数
建模
• • • • • • • • • • • • • • • • • ET,1,SOLID70 ! 3-D THERMAL SOLID ELEMENT ET,2,SURF152,,,,1,1 ! 3-D THERMAL SURFACE EFFECT ELEMENTS KEYOPT,2,9,1 ! RADIATION OPTION R,2,1,0.1712E-8 ! FORM FACTOR = 1, STEFAN-BOLTZMANN CONSTANT MP,KXX,1,10000 ! ARBITRARY CONDUCTIVITY MP,C,1,0.11 MP,DENS,1,487.5 MP,EMIS,2,1 ! BLACK BODY EMISSIVITY BLOCK,,2,,2,,4 ESIZE,,1 VMESH,1 ! MESH WITH A SINGLE SOLID70 ELEMENT TYPE,2 REAL,2 MAT,2 N,100,5,5,5 ! EXTRA "SPACE" NODE FOR RADIATION ESURF,100 ! GENERATE SURF152 ELEMENTS FINISH
显示单元辐射方向的方法
• 命令：/PSYMB,ESYS,1 • GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Symbols, 将ESYS Element Coordinate设置为ON。 • 定义一个空间节点，用于吸收没有被模型中其它辐射面吸 收的辐射能量。这个节点的位置是任意的，对于一个开放 系统通常需要空间节点，而对于封闭系统则不得设置空间 节点
ANSYS/ Thermal
ANSYS/ Structural
ANSYS/ LinearPlus
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：
表面效应单元问题描述(辐射问题）
A carbon steel billet is initially at a temperature TB and is supported in such a manner that it loses heat by radiation from all its surfaces to surroundings at temperature TE. Determine the temperature TB of the billet at the end of 3.7 hours.