有限元第八讲 热分析

7.3 稳态传热分析
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。
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
7.3.2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
Байду номын сангаас
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
磁耦合和热－电－磁－结构耦合等多种耦合方式。
7.2 热分析基础知识介绍
7.2.1 热分析符号与单位
7.2.3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。 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
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 热流率同时施加在某一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flow
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
7.3.3 ANSYS稳态热分析的基本过程
前处理： 建模 求解： 施加载荷计算 后处理： 查看结果
施加载荷计算
定义分析类型
CT KT Q
7.2.6 线性与非线性
如果有下列情况产生，则为非线性热分析： 材料热性能随温度变化，如K(T),C(T)等； 边界条件随温度变化，如h(T)等； 含有非线性单元； 考虑辐射传热。 非线性热分析的热平衡矩阵方程为：
CTT KTT QT
的热量的交换。热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。 3、热辐射 热辐射指物体发射电磁能，并被其它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有传 热介质，而热辐射无须任何介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。
在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体同 时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬—波尔兹曼方 程来计算。
c、对流

对流边界条件作为面载施加于实体的外表面，计算与流体的热交换，它仅可施加于
实体和壳模型上，对于线模型，可以通过对流线单元LINK34考虑对流。
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection
d、热流密度

热流密度也是一种面载。当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRAN CFD计算
得到时，可以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入的值为正，代表热流流入
单元。热流密度也仅适用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在同一外表面，
但ANSYS仅读取最后施加的面载进行计算。
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flux
7.2.7边界条件、初始条件
温度 热流率 热流密度 对流 辐射 绝热 生热。
7.2.8 热分析误差估计
仅用于评估由于网格密度不够带来的误差； 仅适用于SOLID或 SHELL的热单元（ 只有温度一个自由
度）； 基于单元边界的热流密度的不连续； 仅对一种材料、线性、稳态热分析有效； 使用自适应网格划分可以对误差进行控制 。
如果进行新的热分析：
GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state
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。
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature
7.2.4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。
KT Q
7.2.5 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。
第七章 热分析
目录
7.1 ANSYS的热分析基本介绍 7.2 热分析基础知识介绍 7.3 稳态传热分析 7.4 潜水艇壳体传热分析实例 7.5圆筒罐温度场分析实例 7.6 瞬态传热分析 7.7 热辐射
7.1 ANSYS的热分析基本介绍
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。
7.1 ANSYS的热分析基本介绍
1，ANSYS 热分析分类 主要包括两类，即稳态传热和瞬态传热分析： 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 2，耦合分析 主要包含热－结构耦合、热－流体耦合、热－电耦合、热－