(60)-15.1 熱分析基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)輔助工程分析

7熱分析計(jì)算機(jī)輔助工程分析內(nèi)容簡(jiǎn)介第1部分－基本概念符號(hào)和單位熱傳遞的類型能量守恒定律（熱力學(xué)第一定律） 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的控制微分方程有限元方法單元描述：功能和限制

第2部分－穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)熱傳遞的控制方程熱邊界條件類型案例分析前處理—建立模型求解分析后處理－“后處理101”內(nèi)容簡(jiǎn)介ANSYS在線文檔例題手冊(cè)，校驗(yàn)手冊(cè)，熱分析指南，耦合場(chǎng)分析指南

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非線性分析載荷步、時(shí)間、收斂準(zhǔn)則等

瞬態(tài)分析控制方程隨時(shí)間和空間變化的復(fù)雜邊界條件表格化的熱邊界條件對(duì)流選項(xiàng)和簡(jiǎn)單的熱/流單元熱輻射分析相變分析接觸分析符號(hào)與單位溫度熱流量熱傳導(dǎo)率密度比熱對(duì)流換熱系數(shù)熱流溫度梯度內(nèi)部熱生成DegreesC(orK)WattsWatts/(meter-degreeC)kilogram/(meter3)(Watt-sec)/(kilogram-degreeC)Watt/(meter2-degreeC)Watt/(meter2)degreeC/meterWatt/(meter3)熱傳遞類型熱傳遞有三種基本類型:傳導(dǎo)-兩個(gè)良好接觸的物體之間的能量交換或一個(gè)物體內(nèi)由于溫度梯度引起的內(nèi)部能量交換。對(duì)流

-在物體和周圍介質(zhì)之間發(fā)生的熱交換。輻射

-一個(gè)物體或兩個(gè)物體之間通過(guò)電磁波進(jìn)行的能量交換。在絕大多數(shù)情況下，我們分析的熱傳導(dǎo)問(wèn)題都帶有對(duì)流和/或輻射邊界條件。傳導(dǎo)傳導(dǎo)的熱流由傳導(dǎo)的傅立葉定律決定：負(fù)號(hào)表示熱沿梯度的反向流動(dòng)

(例如,熱從熱的部分流向冷的).Tnq*dTdn對(duì)流對(duì)流的熱流由冷卻的牛頓準(zhǔn)則得出:對(duì)流一般作為面邊界條件施加TBTs輻射從平面

i到平面

j的輻射熱流由施蒂芬-玻斯曼定律得出:在ANSYS中將輻射按平面現(xiàn)象處理(i.e.,體都假設(shè)為不透明的)。ij熱力學(xué)第一定律能量守恒要求系統(tǒng)的能量改變與系統(tǒng)邊界處傳遞的熱和功數(shù)值相等。能量守恒在一個(gè)短的時(shí)間增量下可以表示為方程形式將其應(yīng)用到一個(gè)微元體上，就可以得到熱傳導(dǎo)的控制微分方程。EEEEstoredinthrutheboundaryoutthrutheboundarygenerated+++=0熱傳導(dǎo)控制微分方程熱傳導(dǎo)有限元方法將控制微分方程轉(zhuǎn)化為等小的積分形式熱傳導(dǎo)有限元方法將區(qū)域分解(也稱“劃分”)為簡(jiǎn)單的形狀;2-D模型中的四邊形和/或三角形,3-D模型中的四面體，金字塔形或六面體。熱分析單元庫(kù)1-D熱單元(可以與1-D,2-D和3-D單元聯(lián)合使用)。LINK31輻射連接單元LINK322-D傳導(dǎo)桿LINK333-D傳導(dǎo)桿LINK34節(jié)點(diǎn)－節(jié)點(diǎn)對(duì)流連接單元MASS71集中熱質(zhì)量單元可以用于定義與溫度有關(guān)的熱源熱分析單元庫(kù)2-D實(shí)體-傳導(dǎo)平面或軸對(duì)稱(幾何,載荷,材料特性)對(duì)于軸對(duì)稱性質(zhì)，全局笛卡兒坐標(biāo)x為徑向且所有x-坐標(biāo)必須

0PLANE55PLANE35PLANE77熱分析單元庫(kù)2-D實(shí)體-傳導(dǎo)(續(xù))諧波單元(幾何和材料特性軸對(duì)稱但邊界條件非軸對(duì)稱)。全局笛卡兒坐標(biāo)x為徑向且所有x-坐標(biāo)必須

0。使用傅立葉級(jí)數(shù)載荷迭加技術(shù),因此單元限于線性分析。PLANE75PLANE78熱分析單元庫(kù)3-D實(shí)體

-傳導(dǎo)SOLID70SOLID87SOLID90熱分析單元庫(kù)實(shí)體殼單元包括2-D平面內(nèi)的傳導(dǎo)和平面外的對(duì)流

SHELL57熱分析

第2部分－穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)熱傳遞的控制方程熱邊界條件類型借助例題詳細(xì)講解分析過(guò)程的每一步前處理—建立模型求解分析后處理－“后處理101”穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)如果熱能流動(dòng)不隨時(shí)間變化的話，熱傳遞就稱為是穩(wěn)態(tài)的。由于熱能流動(dòng)不隨時(shí)間變化,系統(tǒng)的溫度和熱載荷也都不隨時(shí)間變化。由熱力學(xué)第一定律，穩(wěn)態(tài)熱平衡可以表示為:輸入的能量—

輸出的能量=0穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)控制方程對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱傳遞，表示熱平衡的微分方程為:相應(yīng)的有限元平衡方程為:熱載荷和邊界條件的類型溫度

自由度約束，將確定的溫度施加到模型的特定區(qū)域。均勻溫度

可以施加到所有結(jié)點(diǎn)上，不是一種溫度約束。一般只用于施加初始溫度而非約束，在穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)分析的第一個(gè)子步施加在所有結(jié)點(diǎn)上。它也可以用于在非線性分析中估計(jì)隨溫度變化材料特性的初值。熱流率

是集中結(jié)點(diǎn)載荷。正的熱流率表示能量流入模型。熱流率同樣可以施加在關(guān)鍵點(diǎn)上。這種載荷通常用于對(duì)流和熱流不能施加的情況下。施加該載荷到熱傳導(dǎo)率有很大差距的區(qū)域上時(shí)應(yīng)注意。熱載荷和邊界條件的類型對(duì)流施加在模型外表面上的面載荷，模擬平面和周圍流體之間的熱量交換。熱流

同樣是面載荷。使用在通過(guò)面的熱流率已知的情況下。正的熱流值表示熱流輸入模型。熱生成率

作為體載荷施加，代表體內(nèi)生成的熱，單位是單位體積內(nèi)的熱流率。熱載荷和邊界條件的類型ANSYS熱載荷分為四大類:1.DOF約束

-指定的DOF(溫度)數(shù)值2.集中載荷

-集中載荷(熱流)施加在點(diǎn)上3.面載荷

-在面上的分布載荷(對(duì)流,熱流)4.體載荷

-體積或區(qū)域載荷熱載荷和邊界條件的類型熱載荷和邊界條件的類型熱載荷和邊界條件注意事項(xiàng)在ANSYS中,沒有施加載荷的邊界作為完全絕熱處理。對(duì)稱邊界條件的施加是使邊界絕熱得到的。如果模型某一區(qū)域的溫度已知，就可以固定為該數(shù)值。響應(yīng)熱流率只在固定溫度自由度時(shí)使用。熱分析步驟

建立模型指定分析名稱和工作文件名。如果需要，記錄單位制。進(jìn)入前處理器定義單元類型，檢查基