稳态热分析
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)
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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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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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第八讲、热分析误差估计
稳态ansys热分析数值模拟
稳态热分析数值模拟实例1——短圆柱体的热传导过程1、问题描述有一短圆柱体，直径和高度均为1m，其结构如图7.1所示，现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷，圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃，试求圆柱体内部的温度场分布（假设圆柱体不与外界发生热交换，圆柱体材料的热传导系数为30 W/（m•℃））。
图7.1 圆柱体结构示意图2、三维建模应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.2所示：图7.2 圆柱体三维实体图3、网格划分采用流动传热软件CFX的前处理模块ICEM对计算域进行网格划分，得到如图7.3所示的六面体网格单元。
流场的网格单元数为640，节点数为891。
图7.3 圆柱体网格图4、模拟计算及结果采用流动传热软件CFX稳态计算，定义圆柱体材料的热传导系数为30 W/(m•℃)，求解时选取Thermal Energy传热模型。
固体上壁面的边界条件设置为100℃的温度，侧面和下壁面边界条件为0℃的温度。
求解方法采用高精度求解，计算收敛残差为10-4。
图7.4为计算得到的圆柱体中心剖面的温度等值线分布图。
数据文件及结果文件在steady文件夹内。
图7.4 圆柱体中心剖面的温度等值线分布瞬态热分析数值模拟实例详解实例1——型材瞬态传热过程分析1、问题描述有一横截面为矩形的型材，如图7.5所示。
其初始温度为500℃，现突然将其置于温度为20℃的空气中，求1分钟后该型材的温度场分布及其中心温度随时间的变化规律（材料性能参数如表7.1所示）。
表7.1 材料性能参数密度ρkg/m3 导热系数W/(m•℃)比热J/(kg•℃)对流系数W/(m2•℃)2400 30 352 110图7.5 型材横截面示意图2、三维建模应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.6所示：图7.6 型材三维实体图3、网格划分采用流动传热软件CFX的前处理模块ICEM对计算域进行网格划分，得到如图7.7所示的六面体网格单元。
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。
稳态热传导理论与热量分布特性分析
稳态热传导理论与热量分布特性分析热传导是热量从高温区向低温区传递的一种方式，它是热力学中的重要研究内容。
稳态热传导理论是描述热量传导过程中温度分布和热流分布规律的一种理论模型。
本文将从理论分析的角度，探讨稳态热传导理论以及热量分布的特性。
首先，稳态热传导理论认为，热传导过程中的温度分布可以由Fourier热传导定律描述。
该定律表示，在稳态条件下，热流密度正比于温度梯度。
即热流密度q 与温度梯度dT/dx之间存在线性关系，比例系数为热导率k。
这一定律可以用如下方程来表示：q = -k(dT/dx)其中，q表示单位时间内单位面积通过的热能流量，dT/dx表示温度梯度。
根据Fourier热传导定律，我们可以得出热量分布的特性。
首先，当热传导材料均匀时，温度分布是线性的，即温度随着位置的变化呈线性关系。
其次，温度梯度越大，热流密度就越大，即热量传递越快。
最后，热导率k是一个反映材料导热性能的重要参数，它越大，表示该材料导热能力越强。
除了稳态热传导理论，还有非稳态热传导理论。
在实际应用中，非稳态热传导往往更具实际意义。
非稳态热传导理论描述的是热量传递过程中温度随时间的变化规律。
与稳态热传导理论不同的是，非稳态热传导理论需要考虑时间因素，因此更为复杂。
在热力学中，温度场和热流场是研究热量分布特性的关键。
稳态热传导理论帮助我们理解热量传递的基本规律，可以通过数值模拟和实验数据验证。
根据这一理论，我们可以分析不同材料的导热性能，优化热传导系统的设计。
例如，在电子器件的散热设计中，合理选择导热性能良好的材料，可以有效降低温度，提高设备的工作效率。
除了单一材料的热传导分析，我们还可以考虑复合材料的热量分布特性。
复合材料由不同材料的层状结构组成，每一层具有不同的导热性能。
在复合材料中，热量传递会受到不同材料界面的阻碍，从而影响整体的热导率和温度分布。
因此，针对复合材料的热传导分析需要考虑不同层间的热阻抗，以及材料界面的热接触和导热性能匹配。
ansys稳态热力学分析的基本过程及注意要点
ansys稳态热力学分析的基本过程及注意要点1. ansys热力学分析的基本过程及注意要点1.1，对于稳态分析，一般只需要定义导热系数，它可以是恒定的，也可以是随温度变化的。
1.2，在分析过程中，不一定选择国际单位制，但是在建立几何模型及输入材料热性参数时，单位必须统一。
2. ansys中提供6种热载荷：温度（temperature），热流率（heat flow），对流（convection），热流密度（heat flux），生热率（heat generate），辐射率（radiation）。
2.1 温度载荷2.1.1 在单个或者多个节点上施加温度载荷main menu/solution/define loads/apply/thermal/temperature/on nodes2.1.2 在所有节点上施加均匀温度载荷main menu/solution/define loads/apply/thermal/temperature/uniform tempmain menu/solution/define loads/setting /uniform tempmain menu/solution/loading options/uniform temp2.1.3 在关键点上施加温度载荷main menu/solution/define loads/apply/thermal/ temperature/on keypoints 2.1.4 在线段上施加温度载荷main menu/solution/define loads/apply/thermal/temperature/on lines2.1.5 在面上施加温度载荷main menu /solution/define loads/apply /thermal/ temperature/ on areas 2.2 热流率载荷2.2.1 在节点上施加热流率载荷main menu/solution/define loads/apply/thermal/heat flow/on nodes2.2.2 在关键点上施加热流率载荷2.3 对流载荷(convection)2.3.1在节点上施加对流载荷main menu/solution/define loads /apply/thermal/ convection/ on nodes2.3.2 在单元上施加均匀对流载荷mani menu/solution/ define loads/ apply /thermal/ convection /on elements/ uniform2.3.3 在单元上施加非均匀对流载荷mani menu/solution/ define loads/ apply /thermal/ convection /on elements/ tapered2.3.4 在线段上施加对流载荷main menu/solution/ define loads/ apply/ thermal/ convection/on lines2.3.5 在面上施加对流载荷main menu/ solution/ define loads/ apply /thermal/ convection/on areas2.4 热流密度载荷（heat flux）2.4.1 在节点上施加热流密度载荷main menu/ solution/ define loads/apply/ thermal/ heat flux/ on nodes2.4.2 在单元上施加热流密度载荷main menu/ solution/deine loads/apply thermal/heat flux / on elements2.4.3 在线段上施加热流密度载荷main menu/ solution /define loads/ apply / thermal/ heat flux/ on lines2.4.4 在面上施加热流密度载荷main menu/solution/ define loads /apply/ thermal/ heat flux/ on areas2.5 生热率载荷（heat generate）2.5.1 在节点上施加生热密度载荷main menu/solution/define loads /apply/ thermal/ heat generate/ on nodes 2.5.2 在所有节点施加均匀生热流密度载荷main menu / solution/ define loads /apply /thermal/ heat generate/ uniform heat generate2.5.3 在线段上施加生热密度载荷main menu / solution/ define loads /apply /thermal/ heat generate/on lines 2.5.4 在面上施加生热密度载荷main menu / solution/ define loads /apply /thermal/ heat generate/on areas 2.5.5 在体上施加生热密度载荷main menu / solution/ define loads /apply /thermal/ heat generate/on volumes 2.6 辐射率载荷(radiation)2.6.1 在节点上施加辐射率载荷main menu/ solution /define loads/ apply /thermal /radiation/ on Nodes2.6.2 在单元上施加辐射率载荷main menu/ solution /define loads/ apply /thermal /radiation/ on elements 2.6.3 在线段上施加辐射率载荷main menu/ solution /define loads/ apply /thermal /radiation/ on lines2.6.4 在面上施加辐射率载荷main menu/ solution /define loads/ apply /thermal /radiation/on areas3 稳态求解选项设置在对一个稳态热分析问题时，需要设置time/frequence选项、非线性选项以及输出控制等载荷步选项3.1 time-time step该选项用于设置载荷步的时间main menu/solution/loads step opts/ time&frequence/time -time step3.2 time and substeps该选项用于确定每载荷步中子步的数量或者时间步大小main menu/ solution/ load step options/ time & frequence/ time and substeps 3.3 convergence criteria该选项可根据温度、热流率等指标设置热分析的收敛标准，检验热分析的收敛性。
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。
例子11_稳态热分析
稳态热分析：（1）某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。
几何参数：筒外径30 feet总壁厚 2 inch不锈钢层壁厚0.75 inch玻纤层壁厚 1 inch铝层壁厚0.25 inch筒长200 feet导热系数不锈钢8.27 BTU/hr.ft.o F玻纤0.028 BTU/hr.ft.o F铝117.4 BTU/hr.ft.o F边界条件空气温度70 o F海水温度44.5 o F空气对流系数 2.5 BTU/hr.ft2.o F海水对流系数80 BTU/hr.ft2.o F 沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析,如图示。
以下列出log文件/filename, Steady1/title, Steady-state thermal analysis of submarine/units, BFTRo=15 !外径(ft)Rss=15-(0.75/12) !不锈钢层内径ft)Rins=15-(1.75/12) !玻璃纤维层内径(ft)Ral=15-(2/12) !铝层内径 (ft)Tair=70 !潜水艇内空气温度Tsea=44.5 !海水温度Kss=8.27 !不锈钢的导热系数 (BTU/hr.ft.oF) Kins=0.028 !玻璃纤维的导热系数 (BTU/hr.ft.oF) Kal=117.4 !铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5 !空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF) Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55 !定义二维热单元mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数mp,kxx,3,Kal !设定铝的导热系数pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5 !创建几何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,allnumcmp,arealesize,1,,,16 !设定划分网格密度lesize,4,,,4lesize,14,,,5lesize,16,,,2eshape,2 !设定为映射网格划分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,3/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,,TAIR !施加空气对流边界SFL,1,CONV,HSEA,,TSEA !施加海水对流边界SOLVE/POST1PLNSOL ！输出温度彩色云图Finish。
WS2晶体管的稳态热分析
要粘接平面，使用 Operate>>
Glue>>Areas>> PickAll (AGLUE)
W2-8
前处理
详细的前处理说明 (续):
5. b. 生成圆角。
使用 Create>>LineFillet, 然后选 择相交的线并输入半径 (0.0025)。
(LFILLT)
然后使用 Create>>Areas>> Arbitrary>>ByLines 选择边界线 生成面。 (AL)
•
在此出结果:
我们将使用这个结果与手工计算相比较。
W2-18
后处理
详细说明-后处理(续...)
21. 显示温度为或超过100 °C的模 型区域。
•
使用 Select Nodes>> By
Results>> DOF Solution>> Temp 并输入数值范围。 (NSEL)
•
选择与结点相连的单元，然后绘 制温度解。 (PLNSOL)
W2-19
后处理
详细说明-后处理(续...) 22. 生成热流向量图. (PLVECT)
– 使用 Plot Results>>Vector Plot>>Predefined>>Thermal Flux ，由于模型有多种材料，使用 element centroid 为向量解位置
。
23. 生成温度梯度向量图 (PLVECT) – 使用 Plot Results>>Vector Plot>>Predefined>> Thermal Flux ，由于模型有多种材料，使用 element centroid 为向量解
热-应力耦合分析(稳态热分析)
实验十三热－应力耦合分析（稳态热分析）（一）实验目的1．熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法；2．掌握如何利用ANSYS进行热－应力耦合分析（稳态热分析）；（二）实验设备及工具安装有ANSYS软件的计算机（三）实验问题描述温度的分布不均会导致部件内部产生热应力，在结构分析中常会遇到需要考虑温度场对应力分布影响的情况。
特别在进行各类燃机的部件，如航空发动机的涡轮盘、叶片等的强度计算分析时通常要考虑热问题。
各类输送管道由于内外温度不同也会产生热应力。
另外材料的性能和其温度是相关的，不同的温度下其性能通常不同，这也会造成部件应力分布的变化。
1。
问题描述一无限长的截面形状和尺寸如图12.1所示的厚壁双层圆管，其内、外层温度分别为Ti和To，材料数据和边界条件如表12.1所示，利用ANSYS程序来求解圆管沿径向的温度分布情况，并求解圆管内沿径向和周向的应力情况。
图12.1 双层管道的截面图表12.1 材料性能参数表材料编号热导率(W/mm.℃) 弹性模量(MPa)泊松比热膨胀系数(－℃-1)1(钢),内层0.0234 2.05E5 0.3 1 0.3 2(铝) ,外层0.152 0.63E5 0.33 2 0.7从上面描述的问题可以看出，本实验属于轴对称问题，可以采用轴对称方法来进行分析。
同时本问题为典型的热－应力耦合问题，可以采用间接法顺序耦合分析的一般步骤进行分析。
因为管道为无限长，故建立模型时轴向尺寸可以是任意大于零的值，且将其一边轴向约束，一边所有节点轴向自由度耦合。
（四）实验步骤1. 建立模型在ANSYS中，首先通过完成如下工作来建立本算例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析标题，定义材料性能，定义单元类型，建立几何模型并划分有限元网格等。
实验中定义的单元类型和材料属性都是针对热分析的。
下面将详细讲解分析过程。
1.1指定分析标题并设置分析范畴首先，指定本实验的分析路径、数据库的名称、分析标题。
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 workbench稳态热分析
Workbench -Mechanical Introduction Introduction作业6.1稳态热分析作业6.1 –目标Workshop Supplement •本作业中，将分析下图所示泵壳的热传导特性。
•确切说是分析相同边界条件下的塑料（Polyethylene）泵壳和铝（Aluminum）泵壳。
）泵壳•目标是对比两种泵壳的热分析结果。
作业6.1 –假设Workshop Supplement 假设：•泵上的泵壳承受的温度为60度。
假设泵的装配面也处于60度下。
•泵的内表面承受90度的流体。
•泵的外表面环境用一个对流关系简化了的停滞空气模拟，温度为20度。
作业6.1 –Project SchematicWorkshop Supplement •打开Project 页•从Units菜单上确定：–项目单位设为Metric (kg, mm, s, C, mA, mV)–选择Display Values in Project Units…作业6.1 –Project SchematicWorkshop Supplement 1.在Toolbox中双击Steady-State Thermal创建一个新的Steady State Thermal（稳态Steady State Thermal热分析）系统。
1.2.在Geometry上点击鼠标右键选择p y，导入文Import Geometry件Pump_housing.x_t 2.…作业6.1 –Project SchematicWorkshop Supplement3.双击Engineering Data得到materialproperties（材料特性） 3.4.选中General Materials的同时，点击Aluminum Alloy和Polyethylene旁边的‘+’符号，把它们添加到项目中。
5.Return to Project（返回到项目）4.5.Workshop Supplement…作业6.1 –Project Schematic6.把Steady StateThermal 拖放到第一个系统的Geometry 上。
第三章 稳态热分析
在这一步骤中，必须指定所要进行的分析类型及其选项，对模型施加荷载， 定义荷载选项，最后执行求解。
3.5.1 指定分析类型
在这一步中，可以如下指定分析类型： GUI: Main Menu>Solution>New Analysis>Steady-state(static) 命令：ANTYPE,STATIC,NEW 如果是重新启动以前的分析，比如，附加一个荷载。命令： ANTYPE,STATIC,rest。 （条件是先前分析的 jobname.ESAV、jobname.DB 等文件是可以利用的）
有限元模型 单元 SFE SFEDELE SFELIST SFSCALE SFBEAMSFCUMSFFUNSFGRAD
实体模型 关键点 BFK BFKDELE BFKLIST BFTRAN --
实体模型 线
实体模型 面 生热率
实体模型 体
BFL BFLDELE BFLLIST BFTRAN -BFA BFADELE BFALIST BFTRAN -BFV BFVDELE BFVLIST BFTRAN --
3.5.2.2 热流率（HEAT） 热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元（如传导杆、辐射连接单元等）
模型中，而这些线单元模型通常不能直接施加对流和热流密度载荷。如果输入的 值为正，表示热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一 节点上，则温度约束条件优先。
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应该 密一些；特别是与该节点相连的单元的导热系数差别很大时，尤其要注意，不然 可能会得到异常的温度值。因此，只要有可能，都应该使用热生成或热流密度边 界条件，这些热荷载即使是在网格较为粗糙的时候都能得到较好的结果。 3.5.2.3 对流（CONV）
稳态与瞬态热流传递的数值模拟与分析
稳态与瞬态热流传递的数值模拟与分析热流传递是热力学研究中非常重要的一部分，其关注的是热的传递和转换。
热的传递可以分为稳态和瞬态两种情况，在工程和科学实践中都有广泛的应用。
为了准确预测热的传递情况，数值模拟和计算分析是必不可少的手段之一。
一、稳态热流传递的数值模拟与分析稳态热流传递指的是热流在物体内部形成一个稳定状态，热流强度和方向在空间上不发生变化。
在这种情况下，热的传递可以使用简单的数学模型进行描述。
稳态热流传递的数值模拟主要包括两方面的内容：首先是建立数学模型，其次是进行数值计算。
建立数学模型的关键是确定热传导方程和边界条件。
在计算过程中，需要考虑到总能量守恒和热通量守恒原理，利用热传导方程可以求得温度场的分布。
数值计算是通过有限差分法、有限元法、网格基元法等方法进行的。
其中有限差分法是最为简单和直接的方法，它将计算区域分成若干个网格单元，在网格单元上进行微分，以求出温度场。
而有限元法则选择一个适当的函数空间来描述计算区域，将计算区域分为若干个元素，在元素内部提取适当数目的节点，通过数值积分求解元素上的解，并将节点上的解拼接成整个计算区域的解。
在实际应用中，通过稳态热流传递的数值模拟和分析可以确定物体内部的温度场分布情况，从而对其热力学特性进行评估和优化。
二、瞬态热流传递的数值模拟与分析瞬态热流传递指的是热流在物体内部随着时间发生变化的情况。
在这种情况下，热的传递需要引入时间因素。
瞬态热流传递的数值模拟和分析相对稳态热流传递更复杂，需要更为精细的计算方法。
瞬态热流传递的数值模拟的难点在于需要建立物体内部热传导方程的时间模型，并利用数值计算方法计算出随着时间的推移，温度场的变化。
建立热传导方程的时间模型可以采用常微分方程或偏微分方程等方法，其中在考虑到物体热传导过程中的边界条件时，公式的形式会更为复杂。
数值计算方面，瞬态热流传递需要进行迭代计算。
具体而言，利用时间步进法，将计算过程分成若干个时间段，则每个时间段的计算通过对上一个时间段的计算结果进行更新而完成。
ansys热分析瞬态稳态
TThheemm--1144
第十四页，共一百三十四页。
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）
[K]{T}={Q}
*ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Guidelines
Them-1 第一页，共一百三传热分析
一、稳态传热的定义
二、热分析的单元 三、ANSYS稳态热分析的基本过程 练习 第四章 瞬态传热分析
一、瞬态传热分析的定义 二、瞬态热分析的单元及命令 三、ANSYS瞬态热分析的主要步骤
式中[:C]为比[K热]为矩传阵导,考矩虑阵系，包统含内T导能热的系增数加、;对流系数及辐射率和形状系数；
{T}为节点温度向量； { }为温度对时间的导数;
{Q}为节点热流率向量，包含热生成。
T
2001年年1100月月11日日 22002222//44/5/5
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Guidelines 第十TT七hh页eemm，--共1177一百三十四页。
第七讲、边界条件、初始条件
ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：
Module Objective
ansys_热分析_瞬态_稳态 ppt课件
Kg/m3
lbm/ft3
DENS
比热
J/Kg-℃
BTU/lbm-oF
C
焓
J/m3
BTU/ft3
ENTH
表征物体吸收的热量，为一个体系的内能与体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积之和
PPT课件
Them-12
第二讲、传热学经典理论回顾
PPT课件
Them-13
第三讲、热传递的方式
Definition
1. ..... 2. ..... 3. .....
Procedure
ANSYS热分析可分为三个步骤： · 前处理： 建模 · 求解： 施加载荷计算 · 后处理： 查看结果
PPT课件
Them-25
稳态热分析步骤一：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
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
Lesson Objectives
第一讲、符号与单位 第二讲、传热学经典理论回顾 第三讲、热传递的方式 第四讲、稳态传热 第五讲、瞬态传热 第六讲、线性与非线性 第七讲、边界条件、初始条件 第八讲、热分析误差估计
稳态传热分析实验技术的常见问题解答
稳态传热分析实验技术的常见问题解答传热是热力学的基础领域之一，而稳态传热分析实验技术则是研究传热过程中稳定状态下的热量传递规律的重要手段。
然而，由于其实验操作的复杂性和技术要求的高度，许多科研人员在进行稳态传热分析实验时常常遇到一些问题，下面将对这些常见问题进行解答。
1. 什么是稳态传热分析实验技术？稳态传热分析实验技术是通过实验手段研究物体稳定状态下的热传导、对流和辐射传热现象的一种方法。
通过测量热源和被测体之间的温度差以及传热介质的热流量，可以得到物体的传热系数、热导率等参数。
2. 为什么需要进行稳态传热分析实验？稳态传热分析实验可以帮助研究人员深入了解物体传热规律，为传热系统的设计和优化提供依据。
此外，稳态传热实验还可以验证传热理论模型的准确性，并为热工设备的运行和改进提供技术支持。
3. 如何选择合适的实验设备？选择合适的实验设备是进行稳态传热实验的关键。
首先需要根据实验要求确定所需的测温精度和测温范围，然后选择适当的温度传感器，如热电偶或红外测温仪。
此外，还需要考虑实验设备的加热方式和传热介质的选择，以确保实验结果的准确性。
4. 如何准确测量热流量？在稳态传热实验中，准确测量热流量是非常重要的。
一种常用的方法是采用热电偶测量法，通过将热电偶置于热源和被测体之间，测量热电偶两端的温差来计算热流量。
此外，还可以使用热流计等其他方法进行测量。
5. 如何提高实验的精确度？提高实验的精确度是稳态传热分析实验中需要注意的问题之一。
首先需要保持实验环境的稳定性，如控制室内温度、湿度等参数。
其次，需要校正温度传感器的灵敏度，并保持其稳定性。
同时，在实验过程中要避免人为误差的产生，如不良接触和振动等。
6. 如何分析实验结果？将实验所得数据进行合理的分析对于研究传热现象具有重要意义。
可以采用数学统计方法，如回归分析、相关系数分析等，来确定热传导、对流和辐射传热的主导方式。
此外，还可以借助计算机模拟和仿真等手段，对实验结果进行进一步验证。
稳态热力学分析
稳态热力学分析稳态热力学是热力学中的一个重要分支，它研究的是宏观系统处于稳定平衡状态下的热力学性质和变化规律。
在稳态热力学分析中，我们关注系统的熵、温度、压力、容积等参数，并通过热力学定律和方程对系统的性质进行研究。
1. 稳态热力学基本原理稳态热力学的基本原理主要包括熵增原理、熵最大原理和Carnot定理。
熵增原理指出，孤立系统的熵在一个正向过程中总是增加，等于熵减原理。
熵最大原理则是指在给定约束条件下，孤立系统处于平衡时其熵取最大值。
Carnot定理则是描述了可逆循环热机的最高效率。
2. 稳态热力学基本方程稳态热力学的基本方程是描述系统状态的方程，包括内能、焓和Gibbs自由能等。
内能是系统所具有的总能量，它与系统的热量、功相关。
焓则是系统的内能与压力乘以体积的和，它是热力学分析中常用的一个参量。
Gibbs自由能则是一个用来描述非孤立系统的热力学势能，它与系统的内能、熵和体积相关。
3. 稳态热力学应用实例稳态热力学的理论和方法在很多领域得到了广泛的应用。
例如，在工程热力学中，稳态热力学可以用来分析热机的效率和性能，优化能源利用。
在化学反应动力学中，稳态热力学可以应用于研究反应的平衡条件和速率常数的计算。
在地质学中，稳态热力学可用于分析地球内部的热传导过程和地热资源的开发利用等。
4. 稳态热力学与非稳态热力学的区别稳态热力学与非稳态热力学是研究系统热力学性质的两个不同的分支。
稳态热力学研究的是系统处于平衡状态下的热力学性质，而非稳态热力学则研究的是系统处于非平衡状态下的热力学性质。
非稳态热力学主要关注系统的热传导、物质传输等动态过程。
总结：稳态热力学是热力学中的一个重要分支，它研究系统处于稳定平衡状态下的热力学性质和变化规律。
在稳态热力学分析中，我们关注系统的熵、温度、压力、容积等参数，并通过热力学定律和方程对系统的性质进行研究。
稳态热力学的基本原理和方程提供了描述和分析热力学系统的重要工具，广泛应用于能量转换、化学反应、地质资源等领域。
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rectng,0,1/12,0,1
rectng,1/12,5/12,0,1
rectng,5/12,8/12,0,1
aglue,all 所有面的粘接
numcmp,area 对面号重新排序
lesize,1,,,4 设定划分网格密度
sfl,10,conv,hair,,tairin 施加内部空气对流边界 色云图
finish
/filename,steady1
/title,steady-state thermal analysis
/units,bft
tairout=90 外层空气温度
tairin=20 内层空气温度
kss=8.27 不锈钢的导热系数
kins=0.028 隔热纤维的导热系数
kal=117.4 铝的导热系数
hair=2.5 空气的对流系数
/prep7
et,1,plane55 定义二维热单元
mp,kxx,1,kss 设定不锈钢的导热系数
mp,kxx,2,kins 设定隔热纤维的导热系数
mp,kxx,3,kal 设定铝的导热系数
lesize,4,,,4
lesize,14,,,8
lesize,16,,,4
eshape,2 设定为映射网格划分mapped
mat,1 定义材料1的导热系数
amesh,1
mat,2
amesh,2
mat,3
amesh,3
/solu
sfl,4,conv,hair,,tairout 施加外部空气对流边界