【精品】ANSYS热分析分析指南

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1、第一章简介1一、热分析的H的1二、ANSYS的热分析1三、ANSYS热分析分类1四、耦合分析1第二章基础知识2一、符号与单位2二、传热学经典理论凹顾2三、热传递的方式3四、稳态传热3五、憐态传热4六、线性与非线性4七、边界条件、初始条件4八、热分析误差估计4第三章稳态传热分析5一、稳态传热的定义5二、热分析的单元5三、ANSYS稳态热分析的基本过程5实例19实例212第四章瞬态传热分析20一、瞬态传热分析的定义20二、瞬态热分析的单元及命令20三、ANSYS瞬态热分析的主要步骤20四、建模20五、加载求解21

2、六、后处理23七、相变问题23实例124实例225第五章热辐射第一章简介一、热分析的目的热分析用于计算一个系统或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。热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。二、ANSYS的热分析•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

3、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。三、ANSYS热分析分类•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耦合分析•热一结构耦合•热一流体耦合•热一电耦合•热一磁耦合•热一电一磁一结构耦合等第二章基础知识—、符号与单位项目国际单位英制单位ANSYS代号长度mft时间Ss质量Kglbm温度°C°F力NIbf能量

4、（热量）JBTU功率（热流率）WBTU/sec热流密度W/m2BTU/sec-ft2生热速率W/m3BTU/sec-ft3导热系数W/m-°CBTU/sec-ft-°FKXX对流系数W/m2-°CBTU/sec-ft2-°FHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比热J/Kg-°CBTU/lbm-°FC焙J/m3BTU/ft3ENTH二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律：•对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流击）Q-W=U+KE+PE式中：Q——热量；W——作功；U——系统

5、内能；NKE系统动能；PE——系统势能；•对于大多数T程传热问题：AKE=APE=0；•通常考虑没有做功：w=o,则：e=At/；•对于稳态热分析：C=At/=O,即流入系统的热量等于流出的热量；•对于瞬态热分析：q=—,即流入或流出的热传递速率q等于系统内能的dt变化。三、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Z间或一个物体的不同部分Z间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：qN=-k—，式中,dx为热流密度（W/n?）,£为导热系数（W/m-°C）,表示热量流向温度降低

6、的方向。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的热量的交换。热对流可以分为两类：白然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述：q”=h（Ts-TJ,式中h为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等），人为固体表面的温度，厶为周I韦I流体的温度。3、热辐射热辐射指物体发射屯磁能，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，单位时间辐射的热屋越多。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

7、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一波尔兹曼方程来计算：9=羽4百2（久4-卞），式屮g为热流率，£为辐射率（黑度），＜7为斯蒂芬一波尔兹曼常数，约为5.67X10-8W/m2.K4,A】为辐射面1的面积，片?为由辐射面1到辐射面2的形状系数，7；为辐射面1的绝对温度，3为辐射面2的绝对温度。由上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。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,

8、则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为（以炬阵形式表示）[K]{T}={q]式屮:[K]为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；{"为节点温度向量；{创为节点热流率向量，包含热生成；ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成[K]、⑺以及{0。五、瞬态传热瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程屮系统