ansys_熱分析_瞬態(tài)_穩(wěn)態(tài)分享資料

1、2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-1Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-2 第一章簡介第一章簡介一、熱分析的目的一、熱分析的目的二、二、ANSYS的熱分析的熱分析三、三、ANSYS熱分析分類熱分析分類 四、耦合分析四、耦合分析第二章基礎知識第二章基礎知識 一、符號與單位一、符號與單位 二、傳熱學經(jīng)典理論回顧二、傳熱學經(jīng)典理論回顧 三、熱傳遞的方式三、熱

2、傳遞的方式 四、穩(wěn)態(tài)傳熱四、穩(wěn)態(tài)傳熱 五、瞬態(tài)傳熱五、瞬態(tài)傳熱 六、線性與非線性六、線性與非線性 七、邊界條件、初始條件七、邊界條件、初始條件 八、熱分析誤差估計八、熱分析誤差估計Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-3 第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義二、熱分析的單元二、熱分析的單元三、三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程練習練習第四章瞬態(tài)傳熱分析第四章瞬態(tài)傳熱分析一、瞬態(tài)傳熱分析的定義一、瞬態(tài)傳熱分析的定

3、義二、瞬態(tài)熱分析的單元及命令二、瞬態(tài)熱分析的單元及命令三、三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要步驟瞬態(tài)熱分析的主要步驟1、建模、建模2、加載求解、加載求解3、后處理、后處理四、相變問題四、相變問題練習練習Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-42001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-5在完成本章學習后，我們應該對熱分析的基本概念有所了解，在完成本章學習后，我們應該對

4、熱分析的基本概念有所了解，并了解它的基本分類。并了解它的基本分類。ModuleObjective第一講第一講 熱分析的目的熱分析的目的 第二講第二講 ANSYS的熱分析的熱分析 第三講第三講 ANSYS 熱分析分類熱分析分類 第四講第四講 耦合分析耦合分析 LessonObjectives 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-6 P-1. 熱分析的目的熱分析的目的 熱分析熱分析用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，如熱量的

5、獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通量等。如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通量等。熱分析在許多工程應用中扮演重要角色，如內(nèi)燃機、渦輪機、熱分析在許多工程應用中扮演重要角色，如內(nèi)燃機、渦輪機、換熱器、管路系統(tǒng)、電子元件等。換熱器、管路系統(tǒng)、電子元件等。ObjectiveDefinition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-7 P-2. ANSYS的熱分析的熱分析在在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/F

6、LOTRAN、ANSYS/ED五種產(chǎn)品中包含熱分析功能。五種產(chǎn)品中包含熱分析功能。 ANSYS熱分析基于熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計算，用有限元法計算各節(jié)點的溫度，并導出其它熱物理參數(shù)。各節(jié)點的溫度，并導出其它熱物理參數(shù)。 ANSYS熱分析包括熱分析包括熱傳導熱傳導、熱對流熱對流及及熱輻射熱輻射三種熱傳遞方式。此三種熱傳遞方式。此外，還可以分析外，還可以分析相變相變、有內(nèi)熱源有內(nèi)熱源、接觸熱阻接觸熱阻等問題。等問題。Objective2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Ga

7、o (011001)Them-8 P-3. ANSYS的熱分析分類的熱分析分類 穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場不隨時間變化：系統(tǒng)的溫度場不隨時間變化瞬態(tài)傳熱瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場隨時間明顯變化：系統(tǒng)的溫度場隨時間明顯變化ObjectiveGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-9 P-4.與熱有關的耦合分析與熱有關的耦合分析 熱結構耦合熱結構耦合 熱流體耦合熱流體耦合 熱電耦合熱電耦合 熱磁耦合熱磁耦合 熱電磁結構耦合熱電磁結構耦合等等ObjectiveGuideli

8、nes2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-102001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-11本章學習，我們簡單介紹熱分析的基礎知識，以助于大家對本章學習，我們簡單介紹熱分析的基礎知識，以助于大家對以后的熱分析有個大體概念。以后的熱分析有個大體概念。ModuleObjective第一講、符號與單位第一講、符號與單位 第二講、傳熱學經(jīng)典理論回顧第二講、傳熱學經(jīng)典理論回顧 第三講、熱傳

9、遞的方式第三講、熱傳遞的方式 第四講、穩(wěn)態(tài)傳熱第四講、穩(wěn)態(tài)傳熱 第五講、瞬態(tài)傳熱第五講、瞬態(tài)傳熱 第六講、線性與非線性第六講、線性與非線性 第七講、邊界條件、初始條件第七講、邊界條件、初始條件 第八講、熱分析誤差估計第八講、熱分析誤差估計 LessonObjectives 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-12項目項目國際單位國際單位英制單位英制單位ANSYS代號代號長度mft英尺 時間ss 質(zhì)量Kglbm 磅質(zhì)量 溫度oF 力Nlbf 能量（熱量）JBTU英制熱單位 功率（熱流率

10、）WBTU/sec 熱流密度W/m2BTU/sec-ft2 生熱速率W/m3BTU/sec-ft3 導熱系數(shù)W/m-BTU/sec-ft-oFKXX對流系數(shù)W/m2-BTU/sec-ft2-oFHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比熱J/Kg-BTU/lbm-oFC焓J/m3BTU/ft3ENTH表征物體吸收的熱量，為一個體系的內(nèi)能與體系的體積和外界施加于體系的壓強的乘積之和2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-13 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本

11、 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-14 1、熱傳導、熱傳導熱傳導可以定義為完全接觸的兩個物體之間或一個物體熱傳導可以定義為完全接觸的兩個物體之間或一個物體的不同部分之間由于溫度梯度而引起的內(nèi)能的交換。熱的不同部分之間由于溫度梯度而引起的內(nèi)能的交換。熱傳導遵循付里葉定律：傳導遵循付里葉定律：qn=-k*(dT/dx)，式中，式中qn為熱流密為熱流密度（度（W/m2），），k為導熱系數(shù)（為導熱系數(shù)（W/m-），），“-”表示熱量表示熱量流向溫度降低的方向。流向溫度降低的方向。2、熱對流、熱對流熱對流是指固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由于熱對流是

12、指固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換。熱對流可以分為兩類：溫差的存在引起的熱量的交換。熱對流可以分為兩類：自然對流自然對流和和強制對流強制對流。熱對流用牛頓冷卻方程來描述：。熱對流用牛頓冷卻方程來描述： qn= h*(TS-TB)，式中，式中h為對流換熱系數(shù)（或稱膜傳熱系數(shù)、為對流換熱系數(shù)（或稱膜傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)、膜系數(shù)等），給熱系數(shù)、膜系數(shù)等）， TS為固體表面的溫度，為固體表面的溫度， TB為周為周圍流體的溫度。圍流體的溫度。Definition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich

13、Gao (011001)Them-15 3、熱輻射、熱輻射熱輻射指物體發(fā)射電磁能，并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒釤彷椛渲肝矬w發(fā)射電磁能，并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過程。物體溫度越高，單位時間輻射的熱量越多。量交換過程。物體溫度越高，單位時間輻射的熱量越多。熱傳導和熱對流都需要有傳熱介質(zhì)，而熱輻射無須任何熱傳導和熱對流都需要有傳熱介質(zhì)，而熱輻射無須任何介質(zhì)。實質(zhì)上，在真空中的熱輻射效率最高。介質(zhì)。實質(zhì)上，在真空中的熱輻射效率最高。在工程中通?？紤]兩個或兩個以上物體之間的輻射，系統(tǒng)中在工程中通常考慮兩個或兩個以上物體之間的輻射，系統(tǒng)中每個物體同時輻射并吸收熱量。它們之間的凈熱量傳遞每個物體同

14、時輻射并吸收熱量。它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬可以用斯蒂芬波爾茲曼方程來計算：波爾茲曼方程來計算：q=A1F12(T14-T24)，式中，式中q為熱流率，為熱流率， 為輻射率（黑度），為輻射率（黑度）， 為斯蒂芬為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，約為波爾茲曼常數(shù)，約為5.6710-8W/m2.K4，A1為輻射面為輻射面1的面積，的面積，F(xiàn)12為由輻射面為由輻射面1到輻射面到輻射面2的形狀系數(shù)，的形狀系數(shù)，T1為輻為輻射面射面1的絕對溫度，的絕對溫度，T2為輻射面為輻射面2的絕對溫度。由上式可的絕對溫度。由上式可以看出，包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。以看出，包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。Defi

15、nition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-16 如果系統(tǒng)的凈熱流率為，即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的如果系統(tǒng)的凈熱流率為，即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量等于流出系統(tǒng)的熱量：熱量等于流出系統(tǒng)的熱量：q流入流入+q生成生成-q流出流出=0，則系統(tǒng)處于，則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)熱穩(wěn)態(tài)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)熱分析中任一節(jié)點的溫度不隨時間變化。穩(wěn)態(tài)熱分析。在穩(wěn)態(tài)熱分析中任一節(jié)點的溫度不隨時間變化。穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣形式表示）的能量平衡方程為（以矩陣形式表示）KT=Q式中：式中： K

16、為傳導矩陣，包含導熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系為傳導矩陣，包含導熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；數(shù)； T為節(jié)點溫度向量；為節(jié)點溫度向量； Q為節(jié)點熱流率向量，包含熱生成；為節(jié)點熱流率向量，包含熱生成；ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，生成條件，生成K 、 T以及以及Q 。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-17 瞬態(tài)傳熱過程瞬態(tài)傳熱過程是指一個系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個過程中系

17、統(tǒng)是指一個系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個過程中系統(tǒng)的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時間都有明顯變化。的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時間都有明顯變化。根據(jù)能量守恒原理，瞬態(tài)熱平衡可以表達為（以矩陣形式表示）：根據(jù)能量守恒原理，瞬態(tài)熱平衡可以表達為（以矩陣形式表示）： C +KT=Q式中式中: K為傳導矩陣，包含導熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀為傳導矩陣，包含導熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；系數(shù)； C為比熱矩陣為比熱矩陣,考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加; T為節(jié)點溫度向量；為節(jié)點溫度向量； 為溫度對時間的導數(shù)為溫度對時間的導數(shù); Q為節(jié)點熱流率向量，包含熱生成。為節(jié)點熱

18、流率向量，包含熱生成。 TTGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-18如果有下列情況產(chǎn)生，則為非線性熱分析：如果有下列情況產(chǎn)生，則為非線性熱分析：、材料熱性能隨溫度變化，如、材料熱性能隨溫度變化，如K(T),C(T)等；等；、邊界條件隨溫度變化，如、邊界條件隨溫度變化，如h(T)等；等；、含有非線性單元；、含有非線性單元；、考慮輻射傳熱、考慮輻射傳熱非線性熱分析的熱平衡矩陣方程非線性熱分析的熱平衡矩陣方程為：為： C(T) +K(T)T=Q (T)TGuidelin

19、es2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-19 ANSYS熱分析的邊界條件或初始條件可分為七種：熱分析的邊界條件或初始條件可分為七種：溫度溫度;熱流率熱流率;熱流密度熱流密度;對流對流;輻射輻射;絕熱絕熱;生熱。生熱。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-20 僅用于評估由于網(wǎng)格密度不夠帶來的誤差；僅用于評估由于網(wǎng)格密度不夠帶來的誤差； 僅適用于僅適用于SO

20、LID或或SHELL的熱單元（只有溫度一個自由度）；的熱單元（只有溫度一個自由度）； 基于單元邊界的熱流密度的不連續(xù)；基于單元邊界的熱流密度的不連續(xù)； 僅對一種材料、線性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效；僅對一種材料、線性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效； 使用自適應網(wǎng)格劃分可以對誤差進行控制。使用自適應網(wǎng)格劃分可以對誤差進行控制。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-212001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (0

21、11001)Them-22本章學習，我們將介紹穩(wěn)態(tài)傳熱分析的知識，以助于大家了本章學習，我們將介紹穩(wěn)態(tài)傳熱分析的知識，以助于大家了解以后的穩(wěn)態(tài)傳熱分析，并能對簡單的問題進行求解。解以后的穩(wěn)態(tài)傳熱分析，并能對簡單的問題進行求解。ModuleObjective第一講、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義第一講、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義第二講、熱分析的單元第二講、熱分析的單元第三講、第三講、 ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程練習練習LessonObjectives 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-2

22、3穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響。通常在用于分析穩(wěn)定的熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響。通常在進行瞬態(tài)熱分析以前，進行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度進行瞬態(tài)熱分析以前，進行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過有限元計算確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過有限元計算確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)Definition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-24熱分析涉及到的單元有大約熱

23、分析涉及到的單元有大約40種，其中純粹用于熱分析的有種，其中純粹用于熱分析的有14種：種：線性線性：LINK32兩維二節(jié)點熱傳導單元兩維二節(jié)點熱傳導單元 LINK33三維二節(jié)點熱傳導單元三維二節(jié)點熱傳導單元 LINK34二節(jié)點熱對流單元二節(jié)點熱對流單元 LINK31二節(jié)點熱輻射單元二節(jié)點熱輻射單元二維實體二維實體：PLANE55四節(jié)點四邊形單元四節(jié)點四邊形單元PLANE77八節(jié)點四邊形單元八節(jié)點四邊形單元PLANE35三節(jié)點三角形單元三節(jié)點三角形單元PLANE75四節(jié)點軸對稱單元四節(jié)點軸對稱單元PLANE78八節(jié)點軸對稱單元八節(jié)點軸對稱單元三維實體三維實體SOLID87六節(jié)點四面體單元六節(jié)點四

24、面體單元SOLID70八節(jié)點六面體單元八節(jié)點六面體單元SOLID90二十節(jié)點六面體單元二十節(jié)點六面體單元殼殼SHELL57四節(jié)點四節(jié)點點點MASS71有關單元的詳細解釋，請參閱有關單元的詳細解釋，請參閱ANSYS Element Reference Guide2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-25ANSYS熱分析可分為三個步驟：熱分析可分為三個步驟： 前處理前處理：建模建模 求解求解：施加載荷計算施加載荷計算 后處理后處理：查看結果查看結果Procedure1. .2. .3. .

25、 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-26、確定、確定jobname、title、unit；、進入、進入PREP7前處理，定義單元類型，設定單元選項；前處理，定義單元類型，設定單元選項；、定義單元實常數(shù)；、定義單元實常數(shù)；、定義材料熱性能參數(shù)，對于穩(wěn)態(tài)傳熱，一般只需定義導熱、定義材料熱性能參數(shù)，對于穩(wěn)態(tài)傳熱，一般只需定義導熱系數(shù)，它可以是恒定的，也可以隨溫度變化；系數(shù)，它可以是恒定的，也可以隨溫度變化；、創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格，請參閱、創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格，請參閱ANSYS Mod

26、eling and Meshing Guide。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-27、定義分析類型、定義分析類型如果進行新的熱分析：如果進行新的熱分析：Command: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menuSolution-Analysis Type-New AnalysisSteady-state如果繼續(xù)上一次分析，比如增加邊界條件等：如果繼續(xù)上一次分析，比如增加邊界條件等：Command: ANTYPE, STATIC, RE

27、STGUI: Main menuSolutionAnalysis Type-Restart2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-28、施加載荷、施加載荷可以直接在實體模型或單元模型上施加五種載荷可以直接在實體模型或單元模型上施加五種載荷(邊界條件邊界條件) ：a、恒定的溫度、恒定的溫度通常作為自由度約束施加于溫度已知的邊界上。通常作為自由度約束施加于溫度已知的邊界上。Command Family:DGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Te

28、mperatureGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-29b、熱流率、熱流率熱流率熱流率作為節(jié)點集中載荷，主要用于線單元模型中作為節(jié)點集中載荷，主要用于線單元模型中(通常線單元模型通常線單元模型不能施加對流或熱流密度載荷不能施加對流或熱流密度載荷)，如果輸入的值為正，代表熱流，如果輸入的值為正，代表熱流流入節(jié)點，即單元獲取熱量。如果溫度與熱流率同時施加在一節(jié)流入節(jié)點，即單元獲取熱量。如果溫度與熱流率同時施加在一節(jié)點上則點上則ANSYS讀取溫度值進行計算。讀取溫度值

29、進行計算。注意：如果在實體單元的某一節(jié)點上施加熱流率，則此節(jié)點周圍的注意：如果在實體單元的某一節(jié)點上施加熱流率，則此節(jié)點周圍的單元要密一些，在兩種導熱系數(shù)差別很大的兩個單元的公共節(jié)點單元要密一些，在兩種導熱系數(shù)差別很大的兩個單元的公共節(jié)點上施加熱流率時，尤其要注意。此外，盡可能使用熱生成或熱流上施加熱流率時，尤其要注意。此外，盡可能使用熱生成或熱流密度邊界條件，這樣結果會更精確些。密度邊界條件，這樣結果會更精確些。Command Family: FGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat FlowGuidelines2001年10月1日3/1

30、1/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-30c、對流、對流對流邊界條件作為面載施加于實體的外表面，計算與流體的熱交換，對流邊界條件作為面載施加于實體的外表面，計算與流體的熱交換，它僅可施加于實體和殼模型上，對于線模型，可以通過對流線單它僅可施加于實體和殼模型上，對于線模型，可以通過對流線單元元LINK34考慮對流?？紤]對流。Command Family: SFGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionGuidelines2001年10月1日3/11/2

31、022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-31d、熱流密度、熱流密度熱流密度熱流密度也是一種面載。當通過單位面積的熱流率已知或通過也是一種面載。當通過單位面積的熱流率已知或通過FLOTRAN CFD計算得到時，可以在模型相應的外表面施加熱計算得到時，可以在模型相應的外表面施加熱流密度。如果輸入的值為正，代表熱流流入單元。熱流密度也僅流密度。如果輸入的值為正，代表熱流流入單元。熱流密度也僅適用于實體和殼單元。熱流密度與對流可以施加在同一外表面，適用于實體和殼單元。熱流密度與對流可以施加在同一外表面，但但ANSYS僅讀取最后

32、施加的面載進行計算。僅讀取最后施加的面載進行計算。Command Family: FGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat FluxGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-32e、生熱率、生熱率生熱率生熱率作為體載施加于單元上，可以模擬化學反應生熱或電流生熱。作為體載施加于單元上，可以模擬化學反應生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。它的單位是單位體積的熱流率。Command Family: BFGUI：Ma

33、in MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat GeneratGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-33定載荷步選項對于一個熱分析，可以確定普通選項、非線性選項以及輸出控制。對于一個熱分析，可以確定普通選項、非線性選項以及輸出控制。a. 普通選項普通選項 時間選項時間選項：雖然對于穩(wěn)態(tài)熱分析，時間選項并沒有實際的物理意：雖然對于穩(wěn)態(tài)熱分析，時間選項并沒有實際的物理意義，但它提供了一個方便的義，但它提供了一個方便的設置載荷步和載荷子步

34、的設置載荷步和載荷子步的方法。方法。Command: TIMEGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and Substps2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-34 每載荷步中子步的數(shù)量或時間步大小每載荷步中子步的數(shù)量或時間步大?。簩τ诜蔷€性分析，每一載荷：對于非線性分析，每一載荷步需要多個子步。步需要多個子步。Command: NSUBSTGUI: Main MenuSolutio

35、n-Load Step Opts- Time/Frequenc Time and SubstpsCommand: DELTIMGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts- Time/Frequenc Time-Time Step2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-35 遞進或階越選項遞進或階越選項：如果定義階越：如果定義階越(stepped)選項，載荷值在這個載選項，載荷值在這個載荷步內(nèi)保持不變；如果為遞進荷步內(nèi)保持不變；如果為遞進(ramped)選項

36、，則載荷值由上一載選項，則載荷值由上一載荷步值到本載荷步值隨每一子步線性變化。荷步值到本載荷步值隨每一子步線性變化。Command: KBCGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and SubstpsGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-36定載荷步選項b. 非線性選項非線性選項 迭代次數(shù)迭代次數(shù)：本選項設置每一子步允許的最多的迭代次數(shù)。默認值為：本選項設置每一子

37、步允許的最多的迭代次數(shù)。默認值為25，對大數(shù)熱分析問題足夠。對大數(shù)熱分析問題足夠。Command: NEQITGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearEquilibrium IterGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-37 自動時間步長自動時間步長: 對于非線性問題，可以自動設定子步間載荷的增長，對于非線性問題，可以自動設定子步間載荷的增長，保證求解的穩(wěn)定性和準確性。保證求解的穩(wěn)定性和準確性。Command: A

38、UTOTSGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and SubstpsGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-38 收斂誤差收斂誤差：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗熱分析的收斂性。：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗熱分析的收斂性。Command: CNVTOLGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearConvergence Cri

39、tGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-39求解結束選項求解結束選項：如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，達不到收斂，：如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，達不到收斂，ANSYS可可以停止求解或到下一載荷步繼續(xù)求解。以停止求解或到下一載荷步繼續(xù)求解。Command: NCNVGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearCriteria to StopGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5

40、XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-40線性搜索線性搜索：設置本選項可使：設置本選項可使ANSYS用用Newton-Raphson方法進行線方法進行線性搜索。性搜索。Command: LNSRCHGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearLine SearchGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-41預測矯正預測矯正：本選項可激活每一子步第一次迭代對自由度求解的預測矯：本選項可激

41、活每一子步第一次迭代對自由度求解的預測矯正。正。Command: PREDGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearPredictorGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-42定載荷步選項c. 輸出控制輸出控制 控制打印輸出控制打印輸出：本選項可將任何結果數(shù)據(jù)輸出到：本選項可將任何結果數(shù)據(jù)輸出到*.out 文件中。文件中。Command: OUTPRGUI: Main MenuSolution-Load Step O

42、pts-Output CtrlsSolu PrintoutGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-43c. 輸出控制輸出控制 控制結果文件控制結果文件：控制：控制*.rth的內(nèi)容。的內(nèi)容。Command: OUTRES GUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Output CtrlsDB/Results FileGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:

43、Haich Gao (011001)Them-44確定分析選項a. Newton-Raphson選項選項（僅對非線性分析有用）（僅對非線性分析有用）Command: NROPT GUI: Main MenuSolutionAnalysis Options2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-45b. 選擇求解器選擇求解器：可選擇如下求解器中一個進行求解：可選擇如下求解器中一個進行求解： Frontal solver(默認）默認） Jacobi Conjugate Gradient(JC

44、G) solver JCG out-of-memory solver Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG) Iterative(automatic solver selection option)Command: EQSLV GUI: Main MenuSolutionAnalysis Options注意注意：熱分析可選用：熱分析可選用Iterative選項進行快速求解，但如下情況除外：選項進行快速求解，但如下情況除外： 熱分析包含熱分

45、析包含SURF19或或SURF22或超單元；或超單元； 熱輻射分析；熱輻射分析； 相變分析相變分析 需要需要restart an analysisGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-46c. 確定絕對零度確定絕對零度：在進行熱輻射分析時，要將目前的溫度值換算為：在進行熱輻射分析時，要將目前的溫度值換算為絕對溫度。如果使用的溫度單位是攝氏度，此值應設定為絕對溫度。如果使用的溫度單位是攝氏度，此值應設定為273；如果使用的是華氏度，則為如果使用的是華氏度，則為460。

46、Command: TOFFSTGUI: Main MenuSolutionAnalysis Options2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-47保存模型保存模型: 點擊點擊ANSYS工具條工具條SAVE_DB。求解求解Command: SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-48ANSYS將熱分析的結果

47、寫入將熱分析的結果寫入*.rth文件中，它包含如下數(shù)據(jù)：文件中，它包含如下數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)： 節(jié)點溫度節(jié)點溫度導出數(shù)據(jù)：導出數(shù)據(jù)： 節(jié)點及單元的熱流密度節(jié)點及單元的熱流密度 節(jié)點及單元的熱梯度節(jié)點及單元的熱梯度 單元熱流率單元熱流率 節(jié)點的反作用熱流率節(jié)點的反作用熱流率 其它其它2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-49對于穩(wěn)態(tài)熱分析，可以使用對于穩(wěn)態(tài)熱分析，可以使用POST1進行后處理，關于后處理的完整進行后處理，關于后處理的完整描述，可參閱描述，可參閱ANSYS Basic

48、 Analysis Procedures Guide。進入進入POST1后，讀入載荷步和子步：后，讀入載荷步和子步：Command: SET GUI: Main MenuGeneral Postproc-Read Results-By Load Step2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-50可以通過如下三種方式查看結果：可以通過如下三種方式查看結果： 彩色云圖顯示彩色云圖顯示Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等GUI: Main MenuGeneral

49、Postproc Plot ResultsNodal Solu, Element Solu, Elem Table2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-51 矢量圖顯示矢量圖顯示Command: PLVECTGUI: Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsPre-defined or Userdefined2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them

50、-52 列表顯示列表顯示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等GUI: Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solu, Element Solu, Reaction Solu詳細過程請參閱詳細過程請參閱ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-53 某一某一潛水艇潛水艇可以簡化為一圓筒，它由三層組成，最外面一層為可以簡化為一圓筒，它由三層組

51、成，最外面一層為不銹鋼，中間為玻纖隔熱層，最里面為鋁層，筒內(nèi)為空氣，筒不銹鋼，中間為玻纖隔熱層，最里面為鋁層，筒內(nèi)為空氣，筒外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫度分布。外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫度分布。幾何參數(shù)幾何參數(shù)：筒外徑：筒外徑30feet總壁厚總壁厚2inch不銹鋼層壁厚不銹鋼層壁厚 0.75inch玻纖層壁厚玻纖層壁厚1inch鋁層壁厚鋁層壁厚0.25inch筒長筒長200feet導熱系數(shù)導熱系數(shù)：不銹鋼：不銹鋼8.27BTU/hr.ft.oF玻纖玻纖0.028BTU/hr.ft.oF鋁鋁117.4BTU/hr.ft.oFExercise2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培

52、訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-54邊界條件邊界條件 ： 空氣溫度空氣溫度 70oF 海水溫度海水溫度 44.5oF空氣對流系數(shù)空氣對流系數(shù) 2.5 BTU/hr.ft2.oF海水對流系數(shù)海水對流系數(shù) 80 BTU/hr.ft2.oF沿垂直于圓筒軸線作橫截沿垂直于圓筒軸線作橫截面，得到一圓環(huán)，取其中面，得到一圓環(huán)，取其中1度進行分析度進行分析,如圖示。如圖示。2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-55以下分別列出以下分別列

53、出log文件和菜單文件。文件和菜單文件。/filename, Steady1/title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFTRo=15!外徑外徑(ft)Rss=15-(0.75/12)!不銹鋼層內(nèi)徑不銹鋼層內(nèi)徑ft)Rins=15-(1.75/12)!玻璃纖維層內(nèi)徑玻璃纖維層內(nèi)徑(ft)Ral=15-(2/12)!鋁層內(nèi)徑鋁層內(nèi)徑 (ft)Tair=70!潛水艇內(nèi)空氣溫度潛水艇內(nèi)空氣溫度Tsea=44.5!海水溫度海水溫度Kss=8.27!不銹鋼的導熱系數(shù)不銹鋼的導熱系數(shù) (BTU/hr.ft.oF)Kins=0.02

54、8!玻璃纖維的導熱系數(shù)玻璃纖維的導熱系數(shù) (BTU/hr.ft.oF)2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-56Kal=117.4!鋁的導熱系數(shù)鋁的導熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5!空氣的對流系數(shù)空氣的對流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80!海水的對流系數(shù)海水的對流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55!定義二維熱單元定義二維熱單元mp,kxx,1,Kss!設定不銹鋼的導熱系數(shù)設定不銹鋼的導熱系數(shù)mp,kxx,2,Kin

55、s!設定玻璃纖維的導熱系數(shù)設定玻璃纖維的導熱系數(shù)mp,kxx,3,Kal!設定鋁的導熱系數(shù)設定鋁的導熱系數(shù)pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!創(chuàng)建幾何模型創(chuàng)建幾何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,all2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-57numcmp,arealesize,1,16!設定劃分網(wǎng)格密度設定劃分網(wǎng)格密度lesize,4,4lesize,14,5lesize,16,2eshape,2!設定

56、為映射網(wǎng)格劃分設定為映射網(wǎng)格劃分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,32001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-58/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,TAIR!施加空氣對流邊界施加空氣對流邊界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA!施加海水對流邊界施加海水對流邊界SOLVE /POST1PLNSOL！輸出溫度彩色云圖！輸出溫度彩色云圖finish2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:

57、 Haich Gao (011001)Them-59菜單操作菜單操作:1.Utility MenuFilechange jobname, 輸入輸入Steady1；2.Utility MenuFilechange title,輸入輸入Steady-state thermal analysis of submarine；3.在命令行輸入在命令行輸入:/units, BFT；4.Main Menu: Preprocessor；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-60菜單操作菜單操作:5.M

58、ain Menu: Preprocessor E l e m e n t T y p e Add/Edit/Delete ,選擇選擇PLANE55；6.Main Menu: Preprocessor M a t e r i a l P r o p -Constant - Isotropic,默默認材料編號為認材料編號為1,在在KXX框框中輸入中輸入8.27,選擇選擇APPLY,輸輸入材料編號為入材料編號為2,在在KXX框框中輸入中輸入0.028,選擇選擇APPLY,輸入材料編號為輸入材料編號為3,在在KXX框中輸入框中輸入117.4；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程

59、版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-61菜單操作菜單操作:7.Main Menu: Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleBy Dimensions 在在RAD1中輸入中輸入15,在在RAD2中輸入中輸入15-(.75/12),在在THERA1中輸入中輸入-0.5,在在THERA2中輸入中輸入0.5,選擇選擇APPLY;在在RAD1中輸入中輸入15-(.75/12),在在RAD2中輸入中輸入15-(1.75/12),選擇選擇APPLY;在在RAD1中輸入中輸入15-(1.75/12),在在RAD2中

60、輸入中輸入15-2/12,選擇選擇OK；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-62菜單操作菜單操作:8.Main Menu: Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,選擇選擇PICK ALL；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培訓教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-63菜單操作菜單操作:9.Main Menu: Preprocessor-Meshing-Si