仿真在線ANSYS熱分析教程

1、第一章簡介、熱分析的目的二、ANSYS的熱分析三、ANSYS熱分析分類四、耦合分析第二章基礎(chǔ)知識一、符號與單位二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論冋顧二、熱傳遞的方式穩(wěn)態(tài)傳熱五、六、七、八、瞬態(tài)傳熱線性與非線性邊界條件s初始條件熱分析誤差估計第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義二、熱分析的單元三rANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基木過程實例12*fil2t,.b,+*+、+-+*+*+InII-tk*+1第四章瞬態(tài)傳熱分析一、瞬態(tài)傳熱分析的定義二、瞬態(tài)熱分析的單尤及命令三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主耍步驟.學(xué)、建模五、加載求解氷、后處理七、相變問題實例】實例22020.20202025第一章簡介一、熱分析的目的熱分析用十計

2、算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通訛：等=熱分析在許多工程應(yīng)用中扮演重要角色，如內(nèi)燃機、渦輪機、換熱器、管路系統(tǒng)亠電子元件等口二、ANSYS的熱分析在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechatiical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五種產(chǎn)品中包含熱分析功能，其中ANSYS/FLOTRAN不含相變熱分析ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計算各節(jié)點的溫度*井導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。ANSYS熱分析包插熱傳導(dǎo)、熱對流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外，述對以分析相變*有內(nèi)熱

3、源、接觸熱阻等問題。三、ANSYS熱分析分類穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場不隨吋間變化瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場隨吋間明顯變化四、耦合分析*熱一結(jié)構(gòu)耦合*熱一流休耦合熱一電耦合熱一磁耦介熱一電一磁一結(jié)構(gòu)耦合等第二章基礎(chǔ)知識一、符號與單位項目國際單位英制堪位ANSYS代號長度mft時間Ss質(zhì)量Kglbm溫度CFJjNIbf能量（熱量）JBTU功憑（熱流率）WBTU/sec熱流密度W/m2BTU/sec-ft2生熱速率W/in3BTU/sec-ft3導(dǎo)熱系數(shù)W/rn-C|BTU/畋fFKXX對流系數(shù)W/m2-flCBTU/sec-fr-DFHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比熱J/Kg-PBTU/lbm

4、-FC熔J/m3BTU/ftENTH二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧熱分析遵循熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律：對于一個封閉的系統(tǒng)（沒有質(zhì)量的流入或流出）Q-JViU+AKE+APE式中：Q熱量；W作功；SU系統(tǒng)內(nèi)能；A（7bKE系統(tǒng)動能*APE系統(tǒng)勢能；.對于大多數(shù)工程傳熱問題匕KE=PE=0.通?？紤]沒有做功：=0,則：Q=AU；對于穩(wěn)態(tài)熱分析：0工即流入系統(tǒng)的熱量等于流出的熱量：.對于瞬態(tài)熱分析：,即流入或流出的熱傳遞速率q等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化儀dt三、熱傳遞的方式K熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)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。熱傳導(dǎo)遵循付里葉定律；q”=k羋,式

5、中曠為熱流dx密度（W/n?）,念為導(dǎo)熱系數(shù)表示熱量流向溫度降低的方向口2、熱對流熱對流是指固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換口熱對流可以分為兩類：F1然對流和強制對流。熱對流用牛頓冷卻方程來描述：式中h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），為固體表面的溫度，7；為周用流體的溫度.3、熱輻射熱輻射指物體發(fā)射電磁能，并彼其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過程物體溫度越高，單位時間輻射的熱駅越多。熱傳導(dǎo)利熱対流都需要有傳熱介質(zhì)，I佃熱輻射無須任何介質(zhì)。實質(zhì)丄，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乏間的輻射*系統(tǒng)中每平物體同時輻射并吸

6、收熱量。它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬一波爾茲曼方程來計算：彳二&曲占，叩一卞），式中g(shù)為熱流率，為輻射率（黑度），b為斯蒂芬一波爾茲曼殆數(shù)，約為5,67XlOW/mVK4,氏為飾射血1的血積，耳？為宙軸射血1到輻射面2的形狀系數(shù)，7；為輻射面I的絕對溫度，婦為輻射面2的絕對溫度-由上式町以看出，包含熱輻射的熱分析是嵩度非線性的爲(wèi)四、穩(wěn)態(tài)傳熱如杲系統(tǒng)的掙熱流率為0,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：q絆+q也p跖產(chǎn)0,則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)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匚穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣形式表示兇町=。式中：K為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)r對流系數(shù)

7、及輻射率和形狀系數(shù)；”為節(jié)點溫度向量暈。為節(jié)點熱流率向帛冷包含熱生成：ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，生成K、以及型。五、瞬態(tài)傳熱瞬態(tài)傳熱過程是指個系統(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)能隨吋間都有明妮變化。根據(jù)能量守恒原理，瞬態(tài)熱平衡可以表達為（以矩陣形式喪示）：Ct+KT=Q式中；Kj傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；C為比熱矩陣，考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加；為節(jié)點溫度向量：出為溫度對時間的導(dǎo)數(shù)；0)為節(jié)點熱流率向.量，包含熱生成出六、線性與非線性如果有下列情況產(chǎn)生，則為非線性熱分析：、材料熱性能隨溫度變化,如K

8、(TlC(T)等$、邊界條件隨溫度變化，如h(T)等：、含有非線性單元；、考慮輻射傳熱非線性熱分析的熱平衡矩陣力秤為：g町7#K(?j肛法幀巧七、邊界條件、初始條件ANSYS熱分析的邊界條件或初始條件町分為七種：溫度、熱流率、熱流密度、對流、輻射、絕熱x生熱匸八、熱分析誤差估計僅用于評估山于網(wǎng)格密度不夠帶來的誤差；僅適用于SOLID或SHELL的熱單元只有溫度個自由度)；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.使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分町以對誤羞進行控制C第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析穩(wěn)態(tài)傳熱的定義穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響竹通常在進行瞬態(tài)熱分析以前，進行穩(wěn)態(tài)熱分

9、析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過有限元計算確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)熱分析的單元熱分析涉及到的單-元有大約40利口其中純粹用于熱分析的有14種:線性:LINK32兩維二節(jié)點熱傳導(dǎo)單兀LINK33L1NK34LINKS1二維實體：PLANE55PLANE77PLANE35PLANE75PLANE7三維實體SOL4D87SOL1D70SOLJD90殼SHELL57點MASS71三維二節(jié)點熱傳導(dǎo)單元二節(jié)點熱對流單元-節(jié)點熱輻射單元四節(jié)點四邊彤單元八節(jié)點四邊形單元三節(jié)點三角形單元四節(jié)點軸對稱單兀八節(jié)點軸對稱單元六節(jié)點四面體單元八節(jié)點六面體單元二十節(jié)點六面休

10、單元四節(jié)點有關(guān)單兀的詳細解釋,請參閱ANSYEElementReferenceGuided三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程ANSYS熱分析可分為三個步驟：前處理：建模求解：施加載荷計算后處理；查看結(jié)果K建模(D、jobname,unit?、進入PREP7前處理，定義單元類型，設(shè)崔單元選項；、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，般只需定義導(dǎo)熱系數(shù)，它可以是恒定的，也可以隨溫度變化；、創(chuàng)建兒何模型并劃分網(wǎng)格，請參閱ANSYSModelingandMeshingGuided施加載荷計算、疋義分析類型如果進行新的熱分析；Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUT:Mai

11、nmcnuSoul!on-AnalysisTypc-NcwAnalysisStcady-statc如果繼續(xù)丄一次分折，比如增加邊界條件等：Command:ANTYPE,STATIC,RESTGUT:MainmenuSolutionAnalysisType-Restart、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（邊界條件）：4恒定的溫度通霸作為0由度約束施加于溫度知的邊界上。CommandFamily:DGUT:MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Temperalureb、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（通常線單兀模型不能施加

12、對流或熱流密度載荷），如果輸入的值為止,代表熱流流入節(jié)點，即中元獲取熱量.如果溫度與熱流率同時施加在一節(jié)點上則ANSYS讀取溫度值進行計算注意：如果在實體單元的某一節(jié)點上施加熱流率，則此節(jié)點周圍的單元要密一些，在兩種導(dǎo)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，尤莫要注意。此外，盡可能使用熱生成或熱流密度邊界條件，這樣結(jié)果會更精確些-CommandFamily:FGUT：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatPlows對流對流邊界條件作為而載施加于實體的外表而計算打流體的熱交換，它僅可施加于實體和殼模型丄，對于線模型，可以通過對流線單元LIN

13、K34考慮對流口CommandFamily:SFGUT:MainMenuSointion-Loads-Apply-Therinal-Coiivectiond.熱流密度熱流密度也是種而載口當(dāng)通過單位而積的熱流率.知或通過FLOT&ANCFD計算得到時，町以在模型相應(yīng)的外表面施加熱流密度。如果輸入的值為止，代衣熱流流入單兀。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，但ANSYS僅讀取最后施加的面載進行讓算口CofnmandFamily:FGUI：MainMenuSoludon-Loads-Apply-Thermal-HeatFluxe生熱率生熱率作為體載施加于/九上，可以

14、模擬化學(xué)反應(yīng)生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率口CommandFamiJy:BFGUT:MainMenuSolution-Loads-Apply-ThermaJ-HeatGenerat、確肚載荷步選項對于個熱分析，町以確定普通選項、非線性選項以及輸出控制。乳普通選項吋間選項：雖然對于穩(wěn)態(tài)熱分析，時間選項并沒有實脈的物理意義，但它提供了一個方便的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。Command:TIMEGUT:MainMenuSolulion-LoadStepOpls-Tilne/FreqiierK；TimeTinieSlep/TimeandSubstps每載荷步中子步的數(shù)矍或時間步大?。簩τ?/p>

15、非線性分析，每一載荷步需要多個子步Command:NSIJBSTGUI:MuinMenuSolution-LoadSIepOpts-Time/FrequencTimeandSubstpsCommand:DELTIMGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpiSTiine/FrequencTime-TiTneStep遞進或階越選項：如果定義階越(stepped)選項，載荷值在這個載荷步內(nèi)保持不變；如果為遞(ramped)選項，則載荷值曲丄一載荷步值到本載荷步值隨每一子步線性變化口CoiTimdnd:KBCGUT:MainMenuSolutionLoadStepOpts-Tim

16、e/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps非線性選項迭代次數(shù)：本選項設(shè)置每一子步允許的最多的迭代次數(shù)出默認值為25,對大數(shù)熱分析問題足夠，Cotnmand:NEQ1TGUI:MainMenuS0lution-LoadStepOpts-NciinearEquilibriumIter自動時間步長；對于非線性問題，可以自動設(shè)定子步間載荷的增長，保證求解的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性.Command:AUTOTSGUT:MainMenuS-L0adSiepOpls-Time/FrequencTimeTimeSlep/TimeandSubstps收斂諜差：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗熱分

17、析的收斂性Command:CNVTOLGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NclinearConvergenceCrit求解結(jié)束選項；如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，達不到收斂，ANSYS可以停止求解或到下一載荷步繼續(xù)求解口Command:NCNVGUI:MainMenuSokiti0n*LoadStepOpts-NolinearCrteriatoStop線性捜索：設(shè)置木選項可使ANSYS用NewtoivRaphson方法透行線性捜索.Command:LNSRCHGUT:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearLineSearch預(yù)測

18、矯止；本選項可激活每子步第一次迭代對自由度求解的預(yù)測矯正。Command:PR.EDGUT:MainMenuSolution-LoadStepOpt-NQIinearPredictor輸出控制控制打印輸出：本選項可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到巴out文件中Command:OUTPRGUI:MainMenuSoIuti0n-l_oadStepOpt-OutputCtrlsSoluPrintout控制結(jié)果文件：控制忙Tth的內(nèi)容DCommand:OLITRESGUI;MainMenuSol|ion-LoadStepOpts-OutputCtrlsDB/ResuitsFile、確定分析選項Newton-Ra

19、phson選項僅對非線性分析有用)Command:NROPTGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions選擇求解器：可選擇如下求琳器中個進行求解：Frontalsolver(默認)JacobiConjugateGradient(JCG)solverJCGout-of-memorysolverIncompleteCholeskyConjugateGradienr(ICCG)solverPre-ConditionedConjugateGradientSoIver(PCG)1憶ative(automaticsolverselectionoption)Command:EQSL

20、VrGUT:MainMenuSoIntionAnalysisOptions注意：熱分析可選用Iterative選項進行快速求解，但如下情況除外：熱分析包含SURF19或SURF22或超單元；熱輸射分析；相變分析齋耍restartananalysisC,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絕對溫度如果使用的溫度單位是攝氏度，此值應(yīng)設(shè)宦為273；如果使用的是華氏度，則為嘰Command:TOFFSTGUI:MainMenuSoInlionAnalysisOptions、保存模型：點擊ANSYSI具條SAVE_DBo、求解Command:SOLVEGUT:MainMcnuSolu

21、tionCurrcntLS3后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫入忙卅文件中，它包禽如下數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)：節(jié)點溫度導(dǎo)岀數(shù)據(jù)；-節(jié)點及單元的熱流密度節(jié)點及單元的熱梯度小元熱流率-節(jié)點的反作用熱流率其它對于穩(wěn)態(tài)熱分析，可以使用POST1進行后處理，關(guān)于后處理的完整描述，可參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuideK進入POSTl后，讀入載荷步和子步：Command:SETGUT:MainMenuGeneraIPg卬roc-ReadResults-ByLoadStep可以通過如下二種方式查看結(jié)果：彩色云圖顯示Command:PT.NSOL,PLESOL,PLETABGUI:Ma

22、inMcimGeneraIPostprocPiotResu1tsNodalSohi：ElementSolnElemTable矢量圖顯示Command;PLVECTGUI:MainMenuGeneralPostprocPl0tResuItsPre-definedorUserdefined列表顯示Command:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenuGeneralPostprocListResultsNodalSolu,ElementSolu,ReactionSolu詳細過程請參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuideK實例1：某一潛水艇可以

23、簡化為一圓筒，它山三層組成，最外而一層為不銹鋼，中間為玻纖隔熱層，掇里面為鋁層，簡內(nèi)為空氣，簡外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫度分布D幾何參數(shù)：筒外斥總準(zhǔn)厚2不銹鋼層壁厚玻纖層壁腮鋁層舉厚筒長導(dǎo)熱系數(shù)不銹鋼玻纖鋁邊界條件空氣溫度海水溫度空氣對流系數(shù)海水對流系數(shù)30feetinchO.75inchIinch0.25inch200feet8.27BTU/hr.ft.F0.028BTU/hi.ft.F117.4BTU/hr.ft.oF70F44,5f2.5BTU/hLftE80BTU/hr.ft沿垂ri于圓筒軸線作橫截面,得到一圓環(huán)，収其中丨度進行分析，如圖示。以下分別列出log件利菜單文件/filen

24、ame,Steady1/title,Steady-statethermalanalysisofsubmarine/units,BFT如15汐卜徑(ft)Rss-15-(0.75/12)!不銹鋼層內(nèi)徑ft)Rins=15-(1,75/12)!玻璃纖維層內(nèi)徑(ft)Ra=15-(2/12)!鋁層內(nèi)徑(ft)Taii-70!潛水艇內(nèi)空氣溫度Tsea=44.5!海水溫度Kss=8.27!不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Kms-0.028!玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.fi.oF)Kd=l17.4!鋁的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Hai1=2,5!空氣的對流系數(shù)(BTU/hEft

25、2.oF)Hsca=80!海水的對流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)/prep7etj,plane55!定義二維熱單元mp,kxx,ltKss!設(shè)定不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)mp?kxx,2,Kins!設(shè)定玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)mpjkxxjKal!設(shè)定鋁的導(dǎo)熱系數(shù)pcirc.Ro,Rss-0.5,0.5!創(chuàng)建幾何模型pcirc.Rss,RinsFilechangejobename,輸入SteadyIUtilityMenuFilechangetit血輸入Steady-statethermalanalysisofsubmarine；在命令行輸入:/units,BET；MainMenu:Preprocesso

26、r；MainMenu:PreprocessorElenientTypeAdd/Edit/Delete,選擇PLANE55；MainMenu:PreprocessorMaterialProp-Consiant-Isoiropic,默認材料編號為1,在KXX框中輸入&27,選擇APPLY,輸入材料編號為N在KXX框中輸入022&選擇APPLY,輸入材料編號為3在KXX框中輸入117.4；MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleByDimensions，在RADI中輸入15,在RAD2中輸入15-(75/12),在THERA1中輸入05,在

27、THERA2中輸入0.5,選擇APPLY；在RAD1中輸入15-(.75/12).在RAD2中輸入】5(.75/12),選擇APPLY,在RADI中輸入15-(1.75/12),在RAD2中輸入15-2/12,選擇0K；MainMenu:Preprocessor-ModelingsOperate-Booleane-GlueArea,選擇PICKALL；MainMenu:Prepr0cessor-Meshing-SizeContrls-Lines-Picked口皿5,選擇不銹鋼層短邊，在NDIV框中輸入4.選擇APPLY,選擇玻璃纖維層的短邊，在NDIV框中輸入5,選擇APPLY,選擇鋁層的短邊

28、，在ND1V框中輸入2,選擇APPLY,選擇四個長邊，在NDIV中輸入16：MainMenu:Preprocessor-Attributes-DefinePickedA代選擇不銹鋼丿芫在MAT框中輸入1選擇APPLY,選擇玻璃纖維層+在MAT框中輸入厶選擇APPLY,選擇鋁層，在MAT框中輸入3*選擇OK；MainMenu:Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3or4sided,擇PICKALL；MainMenu:Solmion-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOnlines,選擇不銹鋼外壁，在VALI框中輸入眇在VAL2I框

29、中輸入44,選擇APPLY,選擇鋁層內(nèi)壁，在VALI框中輸入2.5,在VAL2I框中輸入70，選擇OK：SIMO-ONLINEBBS仿真在線論壇SIMU-ONLINEBES仿真在線論壇MainMenu;Solution-Solve-CurrentLS；MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSog選擇Temperaturec實例2一圓簡形的罐有一接管，篠外徑為3英尺，壁厚為0.2英尺，接管外徑為04英尺，壁厚為英尺，篠與接管的軸線垂直R接管遠離篠的端部口如圖所示：縮內(nèi)流體溫度為華氏450度，與罐率的對流換熱系數(shù)年為250BUT/

30、hr-ft2-oF,：管內(nèi)流體的溫度為華氏100度與管壁的對流換熱系數(shù)隨管肆溫度而變。接管與罐為同一種材料#它的熱物理性能如下表所示：溫度70200300400500F密度0.2850.2850.2850.2850,285lbni/i門導(dǎo)熱系數(shù)8358.909359用10.23Btu/hr-ft-F比熱0.1130.1170.1190.1220.125Btu/lbm-F對流系數(shù)*426405352275221Bui/hrft2-F*接管內(nèi)吐對流系數(shù)求罐與搖管的溫度分布。以下分別列出LOG文件及菜單操作/prej7/title,Steady-stalethermalanalysisofpipej

31、unction/units,binl使用英制單位etJ?90!定義熱單元mp,densJ,.285!密度inptemp,70,200,300,400,500!建立溫度衣mpdaia,kxxj8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12!導(dǎo)熱系數(shù)mpdata.cJO33,CU77A1190122Al25!比熱mpdata,hf,2426/144.405/144,352/144,275/144,221/144!接管對流系數(shù)!定義幾何模型參數(shù)rillJr0f=1.571=2ri2=0Aro2=0.5z2=2!罐內(nèi)半徑1罐外半徑!罐長!接管內(nèi)半徑1接管外半徑I接管長

32、!建立兒何模型cylind,riL,rolzl90wprpta,Oe,3dmshkey,1!在接管壁厚方向分4等分!在接管長度方向分6等分!在罐號厚方向分4等分!選gEVERYTHING!設(shè)定默認的單兀大小!選擇3D映射網(wǎng)格save!保存數(shù)據(jù)文件!劃分網(wǎng)格，產(chǎn)生節(jié)點與單元vmesh,all/pnum,defa/title,elementsinportionbeingmodeledeplotfinish!加載求解/sola1顯示單元antyix:,staticnropt,autotu門if,450csys,lnsel,s,loc,x,rilsUlLconv5250/144,450cmselare

33、motensla,Jd,ail,temp,450wprota.0,-90cswplal1?1nsel,s,loc?x,ri2allsel!定義為穩(wěn)態(tài)分析!設(shè)置求解選項為Program-chosen!NeMon-Raphson!設(shè)建初始所有廿點溫度!變?yōu)橹鴺?biāo)!選擇罐內(nèi)農(nóng)面的節(jié)點!定義對流邊界條件!選擇AREMOTE面組!選擇厲于AREMOTE面組的節(jié)點!定義節(jié)點溫度!將工作T面旋轉(zhuǎn)于接管軸線!創(chuàng)建局部柱坐標(biāo)!選擇接管內(nèi)壁的節(jié)點!定義對流邊界條件!選擇EVERYTIUNG!顯示所有溫度約束!媼示所有對流邊羿/pbc,templ/psfnconv2/title/Boundaryconditions

34、叩lotwpstylc.defacsys,0autots,onnsubst,50kbc.,0outpr,nsoljastsoWefinish!進入后處理/postI/titlejemperaturecontroursatpipe/tankjunctionplnsol,temp!顯示湍度彩色云圖finish!顯示節(jié)點!工作平面恢復(fù)默認狀態(tài)!變?yōu)橹苯亲鴺?biāo)!扛開自動步廠長!設(shè)定子步數(shù)量!設(shè)定為階越!設(shè)置輸出!進行求解/exit,all菜單操作1設(shè)定標(biāo)題:UtilityMenuFileChangeTitle,輸入Steady-Stateanalysisofpipejunction,選樣OK;氛設(shè)定單位

35、制:在命令提示行輸入/UNITS,BJN;3、定義|卩元類型:MainMenuPreprocesorElementTypeAdd/Edit/Delete,選擇ThernialSolid,Bricek20node90號單元4、定義材料屈性MainMenuPreprocessorMaterialProps-Constant-Isotropic,默認材料編號1,在DENSITY框中輸入0285;MainMenuPreprocessorMaterialPmps-TempDependent-TetnpTabl亡，輸入溫度70,200,300,400,500;MainMenuPrepiocessorlVI

36、aterialProps-TempDependentProplable,選擇導(dǎo)熱系數(shù)KXX?材料編號為1,輸入打溫度表對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)835/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12,選擇APPLY;選擇比熱C,材料編號為1,輸入0+13,0.117,0.119。122。125,選擇APPLY;選擇對流系數(shù)卜也材料編號為2,輸入426/144,405/144,352/144,275/144,221/144，選擇OKo5、走義幾何模型參數(shù)：UtilityMeniLParametersScalaTParameters,輸入nl-1.3,rol-l.5,z1-2,ri2-0.

37、4,ro2-0.5,z2-2;6建立幾何模型MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Volumes-CylinderByDimensions,Outerradius框中輸入rol,Optionalinnerradium框中輸入ril,Zcoordinates框中輸入0和Zl.Endingangle框中輸入90;UtilityMenuWorkPIane()ffsetWPbyhicrementsiztXXYZ.ZX框中輸入0Preprocessor-ModeIing-Create-Vo1umes-CyIinderByDimensions;Outerradius框中

38、輸入ro2,Optionalinnerradium框中輸入ri2,Zcoordinates框中輸入0和Z2,Stintingangle框中輸入-90,Endingangle框中輸入0;UtilityMenuWorkPlaneAlignWPwithGlobalCartesian：7進彳布爾操作:MamMeniiPreprocessor-Modeling-O|7erate-Bo(jleans-OverlapVolumes,選擇PickAll；乂觀察幾何模型UtilityMenuPktClrlsNumberingJTJfvolumes;UtiliiyMenuPlotCtrlsViewDirectio

39、n,在Coordsofviewpoint框中輸入-3,-L,l：9刪除多余實體MainMcnuPreprocessor-ModeHng-DeleteVolumeandBelow5在命令輸入行輸入3,4回車；10倉ijaiAREMOTE(L)UtilityMenuSelectEntilies,選擇Area,Bylocation,ZCoordinates,在Min,Max框中輸入Zl,選擇APPLYCoordinates,在Min,Max框中輸入0,OK;UtilityMenuSclectCoinp/AssemblvCreateComponent,在Componentname輸入AREMOTE,在

40、Componentsismadeof菜單中選擇AREA；11組合面及線MainMertuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-Mapped-Concater)ate-Area,選擇Pickall：MainMenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volunies-Mapped-Concatenate-Lines,在命令行中輸入12,7回車，選擇APPLY；在命令行中輸入J0,5回車設(shè)定網(wǎng)格密度MainMenuPreprocssor-Meshing-SizeCntrlsPickedLines,選擇線6和20,OK?在No.ofelementdivi

41、sions框中輸入MainMenuPrepr0cessor-Meshing-SizeCntrlsPickedLines,選擇線40,OK,在No.ofelementdivisions框中輸入6,OK；UtilityMenuSelectEverything；MainMenuPreprocessor-Meshing-SizeCntrls-Global-Size,在elementedgelength框中輸入(X4QK；13、劃分網(wǎng)格:裁ainMenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-Map|ed4to6sides,選擇PickAll：M.足義求解類型及選項MainM

42、enuSokition-AnalysisType-NewAnalysis,選擇Steady-State；MainMenuSokUion-AnalysisOptions,選擇Program-chosen；施加對流載荷Uli1ityMenuWorkPIaneChangeActiveCStoGlobalCylindricaE；UtilityMenuScletEntities,選擇Nodes,Bylocation,兀在Min,Max框中輸入riLOKrMainMenuSulutioTi-Loads-Apply-Thermal-CoTivectioDOnNodes,選擇PickAll,輸入250/144

43、及450QK；在AREMOTE組上施加溫度約束UtilityMenuSelectComp/AsscmblySelectComp/Assemblyaremote;UtilityMenuSeiectEntitiest選擇NtxteyAttachedto,OntheAreaall,OK；MainMenuSohiti(m-Loads-Apply-Thermal-TemperatureOnNodes,選擇Pickall,輸入45QK；施加與溫度有關(guān)的對流邊界條件UtilityMenuWorkPIaneOfTsetWPbyIncrement比在XY,YZ,ZXAngles框中輸入0,-90,OK;Util

44、ityMenuWorkPlaneLocalCoordinateSysiemsX?reateLocalCSAtVPOrigin,在Typeofcoordinatesystem菜單中，選擇CylindricalLOK；UtilityMenuSelectEntities,選擇NodesTBylocation,X,在Min,Max框中輸入ri2,OK；MainMenuSolLition-L0ads-Apply-Thermal-CDnveutionOiiNodes,選擇PickAll,在Filmcoefficient框中輸入-2,在Bulktemperature框中輸入100QK;UtilityMenu

45、SelectHverything；UtilityMenuPIotCtrlsSymbols,/1-Showpresandconvectas菜單中選擇Arrow,OK;UtilityMenuPIotNodes；恢復(fù)工作平而及坐標(biāo)系統(tǒng)UtilityMenuWorkPIaneChangeActiveCStoGlobalCartesian；UtilityMenuW0rkPlaneAlignWPwithGlobalCJartesian；19、設(shè)定載荷步選項：MainMenuSoILition-LoadStepOptions-1ime/FrequencTimeandSubsteps,Numherofsubs

46、teps框中輸入TO,設(shè)置Automatictimestepping為On；20求解:何祈口MenuSolution-Soive-CurrentLS21、顯示湍度分布彩色云圖：MainMenuGeneralPostprocPlotKesults-ContourPlot-N0dalSolu?選擇TemperatureTEMP。(ANSYSVerificationManuaI申關(guān)于穩(wěn)態(tài)熱分析的實例=VM58CenterlinetemperatureofaheatgenedtingwireVM92InsultedwalltemperatureVM931emperamredependentconduc

47、tivityVM94HeatgeneratingplateVM95HeattransferfromacoolingspineVM96TeinperatLiredistributioninashortsolidcvHnderVM97TemperaturedistributionalongastraightfinVM98TemperaturedistributionalongataperedfinVM99TemperamredistributioninatrapezoidalfinVM100HeatconductivityacrossachimneysectionVM101Temperatured

48、istributioninashortsolidcylinderVM102CylinderwithtemperaturedependentconductivityVM103ThinplatewithacentralheatsourceVM105IEeatgenerationcoilwithtemperaturedependentconductivityVM108TemperaturegradientacrossasolidcylinderVM118CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM160Solidcylinderwithharmonicte

49、mperatureloadVM161HeatflowfromainsulatedpipeVM162CoolingofacircularfinofrectangularprofileVM193Adaptiveanalysisoftwa-dimansionjtlheattransferwithconvection第四童瞬態(tài)傳熱分析瞬態(tài)傳熱分析的定義瞬態(tài)熱分析用于計算一個系統(tǒng)的隨時間變化的溫度場及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應(yīng)力分析。瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類似。主姜的區(qū)別是瞬態(tài)熱分析中的載荷暑隨時問變化的.為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷時問

50、曲線分為載荷步.載荷時間曲線中的每個拐點為一個載荷步，如下圖所示。對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階越.二、瞬態(tài)熱分析中的單元及命令瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同。要了解每個單元的詳細說明，請參閱為NSYSElementReferenceGuided要了解每個命令的詳細功能，詰參閱ANSYSCommandReferenceGuide。三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要歩驟建模加載求解后處理1、建模確定jobnamefitlsunits,進入PREP7:定義單尤類型并設(shè)置選項；-如果需要，定義單元實常數(shù)；定義材料熱性能：一般瞬態(tài)熱分析要定義導(dǎo)熱系數(shù)、密度及

51、比熱；建立幾何模型:對幾何模型劃分網(wǎng)格。關(guān)于建模及劃分網(wǎng)格，請參閱ANSYSModelingandMeshingGuideK2.加載求解定義分析類型*如果第一次進行分析，或重新進行分析GUI:MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAn4）ysisTransientCommand:ANTYPE/IRANSIENT/NEW如果接著丄次的分析繼續(xù)進行（例如增加英它載荷）GUI：MainMenuSolutsonAnalysisTypeRcstartCommand:ANTYPE,TKANSTENUREST獲得瞬態(tài)熱分析的初始條件、定義均勻溫度場如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設(shè)

52、定所有節(jié)點初始溫度Command:TUNTFGUT:MainMenuSolution-Loads-SettingsUiiiformTemp如果不在對話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認為參考溫度，參考溫度的值默認為零，但町通過如T方法設(shè)定參考溫度：Command:TREFGUIiMainMcnuSolution-Loads-SettingsRefeTencfeTemp注意：設(shè)定均勻的初始溫度.與如下的設(shè)定節(jié)點的溫度（自由度）不同Command:DGUI;MainMenuSolution-Loads-Apply-Thernial-TemperatiireOnNodes初始均勻溫度僅對分析的第一個子步有效*而設(shè)

53、定節(jié)點溫度將保持貫穿整個瞬態(tài)分析過程，除非通過下列方法刪除此約束：Command:DDELEGUI;MainMenuSolution-Loads-Delete-Tiermal-TeniperatureOnNodes、設(shè)定非均勻的初始溫度在瞬態(tài)熱分析中，節(jié)點溫度可以設(shè)定為不同的值：Command:ICGUT:MainMenuSo1iLitionLoadsApply-TnitialConditFnDefine如果初始溫度場是不均勻的口又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析確定初始條件：設(shè)定載荷如已知的溫度、熱對流等）將時間積分設(shè)置為OFF：Command:TTMINT,OFFGUT:MainMenuP

54、reprocessoTLoads-LoadStepOpts-Time/FrequeiicTirneIntegration*設(shè)定八個只有i個子步的.吋間很小的載荷步（例如0.001）；Command:TIMEGUT:MainMenuPrepiocessorLoads-LoadStepOpts-Time/FrequencTimeandSubsEps寫入載荷步文件：Command:LSWRITEGUI:MainMcnuPreproccssorLoadsWriteLSFilc或先求解：Command:SOLVEGUI:MainMenuSolutionSolveCurrentLS注意：在笫二載荷步中，要

55、刪去所有設(shè)定的溫度，除非這些節(jié)點的溫度在瞬態(tài)分析與穩(wěn)態(tài)分析相同C.設(shè)定載荷步選項、普通選項吋間：本選項設(shè)定每一載荷步結(jié)束時的時間：Command:TIMEGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FreqLiencTimeandSubstps每個載荷步的載荷子步數(shù)，或時間增量對十非線性分析，每個載荷步需要多個載荷子步。時間步長的大小關(guān)系到計算的精度a步長越小于計算精度越局同時計算的時間越長。根據(jù)線性傳導(dǎo)熱傳遞*可以按如下公式估計初始肘間步長：ITS=d2a其中為沿?zé)崃鞣较驘崽荻茸畲筇幍膯卧拈L度，。為導(dǎo)溫系數(shù)，它等于導(dǎo)熱系數(shù)除以密度與比熱的乘積（、a=時pc

56、）Command:NSVBSTorDELTTMGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FteqncTimeandSubstps如果載荷在這個載荷步是恒定的，需更設(shè)為階越選項；如果載荷值隨吋間線性變化，則耍設(shè)定為漸變選項：Command:KBCGUI:MainMenuSolutibn-LoadStepOpts-Time/FteqncTimeandSubstps、非線性選項迭代次數(shù)：每個子步默認的次數(shù)為25,這對大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠.Command;NEQITGUI:MainMenuSolution-LoadstepoptsNonlinearEquili

57、briumTter自動時間步長：本選項為ON時，在求解過程中將自動調(diào)整吋間步長。Command:AUTOTSGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Titnc/FrcqucticTimcandSubstps吋間積分效果：如果將此選項設(shè)疋為OFF,將進行穩(wěn)態(tài)熱分析。Command:TTMTNTGUI:MainMenuSolutio!i-LoadStepOpts-Time/FrequencTnneIntegTatian、輸岀選頊-控制打卬輸出：本選項可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到化Solution-LoadStepOpts-OutpuiCtrlsSoluPrintout控制結(jié)果

58、文件；控制*.rth的內(nèi)容Command:OUTRESGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts*OutputCtrlsDB/ResuItsFile、存盤求解3、后處理ANSYS提供兩種后處理方式：POSTU可以對整個模型在某一載荷步（時間點）的結(jié)果進行后處理；Command:卩OST1GUI:MainMenuGeneralPostproc.POST26,可以對模型中特定點在所有載荷步（轅個瞬態(tài)過程）的結(jié)果進行后處Command:POST26GUt:MainMenuTimeHistPostprocK用POST1進行后處理進入POST1后，可以讀出某一時間點的結(jié)果；Com

59、inand:SETGUI:MainMenuGeneral卩oslpr0cReadResultsByTime/Freq如果設(shè)定的吋間點不在任何個子步的時間點上，ANSYS會進行線性插值。此外邇可以讀出某一載荷步的結(jié)果：GUI;MainMenuGene!al卩ostprocReadResultsByLoadStep然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類似的方法，對結(jié)果進行彩色云圖昭示、矢量圖顯示、打印列表等后處理。2、用POST26進行后處理-首先要定義變量：Command：NSOLorESOLorRFORCEGUI:MainMenuTimeHisiPoslprocDefineVariables然后就可以繪

60、制這些變量隨時間變化的曲線：Command:PLVARGUT;MainMenuTimeHistPostprocGraphVariables或列表輸出:Command：PRVARGUkMainMenuTimeHislPosiprocLisiVariables此外,POST26還提供許多Jt它功能，如對變最進行數(shù)學(xué)操作等，請參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuided四、相變問題ANSYS熱分析最強大的功能之一就是可以分析相變問題，例如凝固或熔化等。含有相變問題的熱分析是個非線性的瞬態(tài)的問題：相變問題需要考慮熔融潛熱，即在相變過程吸收或釋放的熱量。ANSYS通過遲文材料