Workbench软件辅助传热分析

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1、检验与认证Workbench软件辅助传热分析Analysisofworkbenchsoftwareassistantheattransfer张鑫(中国建材检验认证集团股份有限公司，北京100024)摘要：利用Workbench有限元软件结合Inventor三维建模分析传热过程，并对实际的传热实例进行了数值计算分析。关键词：Inventor三维绘图；Workbench有限元分析；传热分析Abstract：Analyzedheattransferringprocessbyusingfiniteelementsoftwareofw

2、orkbenchincombinationwiththeinventorthree-dimensionalmodelingandcalculatedarealcaseKeywords：buildthree-dimensionalmodelbyinventor；finiteelementanalysisbyworkbench；heattransferanalysis中图分类号:O414.19文献标识码:B文章编号：1003-8965(2015)04-0004-021Workbench软件在传热分析上的应子及自由电子等微观粒子的

3、热运动而产生的热能传递称为[2]用热传导，简称导热。例如，固体内部热量从温度较高的部分传递到温度较低的部分，以及温度较高的固体把热量传递给与之接触的温度较低的另一固体都是导热现象。Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境，[2]导热遵循傅立叶定律：单位时间内通过单位截面积作为一个集成框架，整合现有的各种应用，将数值分析与所传导的热量，正比于当地垂直于截面方向上的温度变化仿真结合在一起。软件可以完成一个完整的仿真分析包括dTCAD集成、几何修改和网格划分。率。即Φ=−λAdx式中：φ为热流量，单位为W；A为截面面积

4、利用Workbench有限元软件可以分析工程生活中普λ为导热系，单位为W/m•K遍存在的热问题。热分析包括稳态热分析、瞬态热分析、[2]导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，即是热辐射等。热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及一种热物性参数。不同材料的导热系数值不同，即使是同其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密一种材料，导热系数值还与温度等因素有关。一般地说，度（热通量）等。本文中对实例的模拟计算采用稳态传热金属材料的导热系数最高，良导电体(如银和铜)，也是方法对部件进行温度分布分析。热分析在许多工程应用中良

5、导热体;液体次之;气体最小。扮演重要角色，如内燃机、预热器、换热器、管路系统等。2）对流换热[2]热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各2热分析基本理论部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热对流仅能发生在流体中，而且由于流体中Workbench进行热分析的基本原理是将所处理的对的分子同时在进行着不规则的热运动，因而热对流必然伴象划分成有限个单元（包括若干个节点），然后根据能量随有热传导现象。工程上特别感兴趣的是流体流过一个物守恒原理求解一定边界条件和初始条件下每一个节点处的体表面时流体与物体表面

6、间的热量传递过程，并称之为对热平衡方程，由此解出各节点温度，进而求解出其他相关流传热以区别于一般意义上的热对流。量。[1]就引起流动的原因而论，对流传热可区分为自然对热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律：[2]流与强制对流两大类。自然对流是由于流体冷、热各部对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出），则分的密度不同而引起的。如果流体的流动是由于水泵、风E=U+Ek+Ep，E=Q-W机或其他压差作用所造成的，则称为强制对流。另外，工E为系统总能；U为系统内能；EK为系统动能；EP程上还常遇到液体在热表面上沸腾及蒸气在冷表面

7、上凝结为系统位能；Q为系统热量；W系统做功。的对流传热问题，分别简称为沸腾传热及凝结传热，它们对于大多数工程传热问题：系统动能EK和系统位能是伴随有相变的对流传热。EP为0；[2]对流传热的基本计算式是牛顿冷却公式，热流密度通常考虑没有做功：W=0，则：Q=U；[1]q可以表示为：对于稳态热分析：Q=U=0，即流入系统的热量等流体被加热时:q=h(tw-tf)于流出的热量；[1]流体被冷却时:q=h(tf-tw)对于瞬态热分析：q=dU/dt，即流入或流出的热传tw为壁面温度:tf为流体温度递速率等于系统内能的变化。h称为表

8、面传热系数(表面传热系数以前又常称为对1）导热2[2]流换热系数)，单位是W/m•K。表面传热系数的大小物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原4检验与认证与对流传热过程中的许多因素有关。它不仅取决于流体的及辐射率和形状系数；物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有｛T｝—节