《热分析基础》ppt课件

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1、热分析热分析目的热分析用于计算一个系统和部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失、热梯度、热流密度(热通量)等。热传导的三种基本类型1)传导:两个良好接触的物体之间或一个物体内部不同部分之间由于温度梯度引起的能量交换。2)对流:在物体和周围流体之间发生的热交换。3)辐射:一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换。１．ANSYS热分析基础A.基本概念-符号及意义时间温度密度比热对流换热系数吸收率施蒂芬-玻耳兹曼常数热导率热流率热流密度内部热生成热(能量)A.基本概念-国际单位温度热流率热传导率密度比热对流换热系数热通量(热流密度)温度梯度内部热生成Degr

2、eesC(orK)WattsWatts/(meter.degreeC)kilogram/(meter3)(Watt.sec)/(kilogram.degreeC)Watt/(meter2.degreeC)Watt/(meter2)degreeC/meterWatt/(meter3)A.基本概念-英制单位温度热流率热传导率密度比热对流换热系数热通量(热流密度)温度梯度内部热生成DegreesF(orR)BTU/hrBTU/(hr•inch•degreeF)lbm/(inch3)BTU/(lbm•degreeF)BTU/(hr•inch2•degreeF)BTU/(hr•i

3、nch2)degreeF/inchBTU/(hr•inch3)B.热传递的三种类型-传导传导引起的热通量流由传导的傅立叶定律决定：负号表示热量沿梯度的反向流动(例如,热量从热的部分流向冷的部分).Tnq*dTdnB.热传递的三种类型-对流对流引起的热通量由冷却牛顿定律得出:对流一般作为面边界条件施加TsTBB.热传递的三种类型-辐射从面i到面j的辐射热通量由施蒂芬-玻耳兹曼定律得出:在ANSYS中将辐射按表面现象处理(即体都假设为不透明)。ij能量守恒要求系统的能量改变与系统边界处传递的热和功数值相等。能量守恒在一个微小的时间增量下可以表示为方程形式将其应用到一个微元体

4、上，就可以得到热传导的控制微分方程。C.热力学第一定律D.热传递分析的非线性当比热矩阵、热传导率矩阵和/或等效节点热流向量是温度的函数时，分析就是非线性的，需要迭代求解平衡方程。如果所有三项都是与温度有关的，那么控制方程可以写为如下形式:下面几项都可以使得分析包括非线性:与温度相关的材料特性与温度相关的对流换热系数使用辐射单元与温度相关的热源（热通量流）使用耦合场单元（假设载荷向量耦合）D.稳态热分析若热能流动不随时间而变化,就称热传递是稳定的。由于热能流动不随时间变化,系统的温度和热载荷也都不随时间变化,因此稳态热平衡满足热力学每一定律。相应的有限元平衡方程为:2.热

5、分析的基本步骤介绍热分析基本步骤前处理:建模(?)求解:施加载荷进行求解后处理:查看结果目的：重温一般分析过程步骤介绍热荷载和边界条件几何模型可以在ANSYS中建立或输入。包含改善模型的细节：目的是充分模拟结构的热量。对流荷载需要施加到准确模拟的面。热生成荷载需要施加到准确模拟的体。A.前处理-几何模型单元类型下表为常用的热单元类型。节点自由度是：TEMP。常用的热单元类型A.前处理-网格处理A.前处理-网格处理材料特性至少需要Kxx—稳态分析热传导系数。如果施加内部热生成，则需要比热(C)。优先设置为“thermal”（热分析），在GUI方式中只显示热材料特性。实常数

6、主要用于壳和线单元。热荷载可以是：温度模型中温度已知的范围。热流热流率已知的点。热通量单位面积上热流率已知的表面。对流热通过表面对流传给周围流体（或传入）。输入对流换热系数h，流体的平均温度Tb。热生成体热生成率已知的范围。绝热面“绝热面”，该面不发生热传递。辐射通过辐射产生热传递的面，输入辐射系数，Stefan-Boltzmann常数，“空间节点”温度作为可选项输入。B.求解-载荷类型不同于结构分析的位移和力边界条件，热分析的温度和热流边界条件不依赖于节点坐标系。B.求解-节点坐标系温度约束在模型上给定已知温度。施加温度约束：MainMenu>Solution>Def

7、ineLoads>Apply>Thermal>Temperature选择施加约束的实体类型。在图形窗口拾取相应的实体。然后输入温度值，缺省值为零。或使用D系列命令：DK,DL,DA,D.B.求解-温度约束施加热流，需要给出以下信息：节点或关键点号（也可以拾取）热流值(单位必须与采用的单位制一致）使用：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Thermal>HeatFlow或用命令FK或FB.求解-集中热流集中载荷Heatflow热流率(功率)国际单位:W(瓦)热通量：施加热通量：MainMenu>Solut