ANSYS熱分析指南

1、No E3oundaricsANSYS熱分析指南第一章簡介一、熱分析的目的熱分析用r計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)或部件的溫度分布及覽它熱物理參數(shù)，如熱最的獲取 或損失、熱梯度、熱流密度（熱通骯）等。熱分析在許多工程應(yīng)用中扮演重要角色，如內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)、換熱器、竹路系 統(tǒng)、電子元件等。二、ANSYS的熱分析在 ANSYS/Multiphysics、 ANSYS/Mechamcal、 ANSYS/Theriml、 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熱分析某丁能昴守恒原理的熱平衡方程，用仃限元法計(jì)算齊節(jié)點(diǎn)的 溫度，并導(dǎo)出

2、其它熱物理參數(shù)。 ANSYS熱分析包括熱傳導(dǎo)、熱對流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外，還可 以分析相變、冇內(nèi)熱源、接觸熱阻等問題。三、ANSYS熱分析分類穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場不隨時(shí)間變化 瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場隨時(shí)（J U明顯變化四、耦合分析熱一結(jié)構(gòu)耦合熱一流體耦合熱一電耦介熱一礎(chǔ)耦合熱一電一磁一結(jié)構(gòu)耦合等第二章基礎(chǔ)知識一、符號與單位項(xiàng)目國際單位英制單位ANSYS代號長度mft時(shí)間Ss質(zhì)最KgLbm溫度cF力NIbf能量（熱鼠）JBTU功率（熱流率）wBTU/sec熱流密度W/m2BTU/sec-fr生熱速率W/mBTU/sec-ft3導(dǎo)熱系數(shù)W/m-VBTU/sec-ft-FKXX對流系數(shù)W/

3、m2-CBTU/sec-fr-FHF密度Kg/mlbm/feDENS比熱J/Kg-*CBTU/Lbm-Fc焙J/lh3BTU/ft3ENTH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，即能杲守恒定律： 對于一個(gè)封閉的系統(tǒng)（沒何質(zhì)最的流入或流出）Q-W = bU + KE+PE式屮：Q熱最，W作功，U系統(tǒng)內(nèi)能，NKE 系統(tǒng)動能；NPE一一系統(tǒng)勢能； 對于人多數(shù)工程傳熱問題：KE= PE=Q； 通常考慮沒有做功：W = 0,則：Q = U ； 對于穩(wěn)態(tài)熱分析：2 = A（/ = 0，即流入系統(tǒng)的熱最等于流出的熱最； 對于瞬態(tài)熱分析：q = ，即流入或流出的熱傳遞速率q等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化。dt三

4、、熱傳遞的方式1、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)町以定義為完全接觸的為個(gè)物體z間或一個(gè)物體的不同部分z間由r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許,式中9為熱流密度（W/m），R為導(dǎo)熱系數(shù)（W/mC）,表示熱駅流向溫度降低的方向。2、熱對流熱対流是指固體的表面與它周由接觸的流體Z間，由溫差的存在引起的熱最 的交換。熱対流可以分為兩類：口然對流和強(qiáng)制對流。熱対流用牛頓冷卻方程來描 述：qN = h（Ts-TB）.式中h為対流換熱系數(shù)（或稱膜傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)、膜系 數(shù)等），7；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，并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒嶂憬粨Q

5、過程。物體 溫度越高，單位時(shí)間輻射的熱駅越多。熱傳導(dǎo)和熱對流都需耍仃傳熱介質(zhì)，而熱輻 射無須任何介質(zhì)。實(shí)質(zhì)上，在真空中的熱輻射效率最高。在丁程中通?？蓟蓚€(gè)或兩個(gè)以上物體Z間的輻射，系統(tǒng)中每個(gè)物體同時(shí)輻射 并吸收熱最。它們Z間的凈熱最傳遞可以用斯蒂芬一波爾茲曼方程來計(jì)算： 曠切A仟2（-尸），式中q為熱流率，為輻射率（黑度），o為斯蒂芬一波爾 茲曼常數(shù)，約為5.67X10-8W/m2.K4, Aa為軸射而1的而積，作為由輻射而1到輻 射而2的形狀系數(shù)，7；為輻射而1的絕對溫度，7；為耦射面2的絕対溫度。由上式 可以看出,包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。四、穩(wěn)態(tài)傳熱如果系統(tǒng)的凈熱流率為0 ,即

6、流入系統(tǒng)的熱磺加上系統(tǒng)門少產(chǎn)生的熱屆等丁流出系統(tǒng)的 熱尿則系統(tǒng)處J熱穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)熱分析屮任一節(jié)點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變 化。穩(wěn)態(tài)熱分析的能最平衡方程為（以矩陣形式表示）式中：K為傳導(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)；T為節(jié)點(diǎn)溫度向就；Q為廿點(diǎn)熱流率向駅，包含熱生成；ANSYS利用模型兒何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，牛成K、 以及0。五、瞬態(tài)傳熱瞬態(tài)傳熱過程是指一個(gè)系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個(gè)過程中系統(tǒng)的溫度、熱流率、熱 邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時(shí)間都仃明顯變化。根據(jù)能原理，瞬態(tài)熱平衡對以農(nóng)達(dá)為（以 矩陣形式表示）：Ct+KT = Q式中：K為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)

7、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，T為廿點(diǎn)溫度向R；No E3oundaricsANSYS熱分析指南為溫度對時(shí)間的導(dǎo)數(shù),q為節(jié)點(diǎn)熱流率向駅，包含熱生成。六、線性與非線性如果有卜列情況產(chǎn)生，則為非線性熱分析： 、材料熱性能隨溫度變化，如K(T),C(T)等； 、邊界條件隨溫度變化，如h(T)等； 、含有非線性單元； 、考慮輻射傳熱罪線性熱分析的熱平衡矩陣方程為：c(T)r+(r)r = e(T)七、邊界條件.初始條件ANSYS熱分析的邊界條件或初始條件可分為七種：溫度、熱流率、熱流帝度、 對流、輻射、絕熱、生熱。八、熱分析誤差估計(jì)僅用J：評估由網(wǎng)格密度不夠帯來的誤差； 僅適用

8、P SOLID或SHELL的熱單元(只有溫度一個(gè)自由度);基丁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)格劃分可以對謀差進(jìn)行控制。No E3oundaricsANSYS熱分析指南第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義穩(wěn)態(tài)傳熱用r分析穩(wěn)定的熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響。通常在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析 以前，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分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(jì)算確定由T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)二、熱分析的單元熱分析涉及到的單元冇人約40種，苴中純粹用丁熱分析的冇14種:線性： LINK32兩維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元No E3oundaricsA

9、NSYS熱分析指南LINK33LINK34LINK31二維實(shí)體：PLANE 5 5PLANE 7 7PLANE 3 5PLANE 75PLANE 78三維實(shí)體 SOLID87SOLID70SOLID90殼SHELL57點(diǎn)MASS 71三維二節(jié)點(diǎn)熱傳9單元 二節(jié)點(diǎn)熱對流單元 二節(jié)點(diǎn)熱輻射單元 四節(jié)點(diǎn)舛邊形單尤 八節(jié)點(diǎn)四邊形單尤 三節(jié)點(diǎn)三角形單尤 四卩點(diǎn)軸対稱單尤 八節(jié)點(diǎn)軸對稱單元 六節(jié)點(diǎn)四而體單元 八節(jié)點(diǎn)六而體單元 二十節(jié)點(diǎn)六面體單元 四節(jié)點(diǎn)No E3oundaricsANSYS熱分析指南有關(guān)單元的詳細(xì)解釋,請參閱ANSYS Element Reference Guide三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析

10、的基本過程ANSYS熱分析4分為三個(gè)步驟：前處理：建模求解：施加載荷計(jì)算后處理：査看結(jié)果1、建模 、確定 jobnamc、title unit； 、進(jìn)入PREP7前處理，定義單元類型，設(shè)定單元選項(xiàng)； 、定義單元實(shí)常數(shù)； 、定義材料熱性能參數(shù)，對丁穩(wěn)態(tài)傳熱，一般只需定義導(dǎo)熱系數(shù)，它可以是恒定的，也可以隨溫度變化： 、創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格,請參閱ANSYS Modeling and Meshing GuideK2、施加載荷計(jì)算 、定義分析類型 如果進(jìn)行新的熱分析：Command ANTYPE, STATIC, NEWGUL Main menuSolution-Analysis Tvpe-New

11、AnalvsisSteadv-state 如采繼續(xù)上一次分析，比如增加邊界條件等：Command ANTYPE. STATIC, RESTGUI: Main menuSolutionAnalysis Type-Restart 、施加載荷町以直接在實(shí)體模型或單元模型上施加五種我荷（邊界條件）：a、恒定的溫度通常作為自由度約束施加于溫度已知的邊界上。Command Familv: DGUI： Main MenuSolutionLoads-ApplyThermal-Temperatureb、熱流率熱流率作為布點(diǎn)集中載荷,主要用于錢單元模型中（通常線單元模型不能施加對 流或熱流密度載荷丿，如果輸入的值

12、為正，代表熱流流入卩點(diǎn)，即單元獲取熱靈。如 果溫度與熱流率同時(shí)施加在一節(jié)點(diǎn)上則ANSYS讀取溫度值進(jìn)行計(jì)算。注意：如果在實(shí)體單元的某一節(jié)點(diǎn)上施加熱流率，則此節(jié)點(diǎn)周用的單元耍密一些， 在兩種導(dǎo)熱系數(shù)差別很人的兩個(gè)單元的公共節(jié)點(diǎn)上施加熱流率時(shí)，尤其要注意。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。Command Familv FGUI： Main MenuSolution-Loads-Apply-ThermaLHeat Flowc、對流對流邊界條件作為面載施加于實(shí)體的外表面,計(jì)算與流體的熱交換，它僅可施 加于實(shí)體和殼模型上,對于線模型,可以通過對流線單7U LINK34考慮對

13、流。Command Familv SFGUI： Main MenuSolutionLoads-ApplyThermalConvecuond、熱流密度熱流密度也是種面載。當(dāng)通過單位面枳的熱流率U知或通過FLOTRANCFD 計(jì)算得到時(shí)，對以在模型相應(yīng)的外衷而施加熱流密度。如果輸入的值為正，代衷熱 流流入單元。熱流密度也僅適用丁實(shí)體和売單元。熱流密度與對流町以施加在同- 外表而，但ANSYS僅讀取最后施加的而載進(jìn)行計(jì)算。Command Familv FGUI： Mam MenuSolution-Loads-Apply-Theim.al-Heat Fluxe、生熱率生熱率作為體我施加丁單元上，可以模

14、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。Command Familv BFGUI： Main MenuSolution-Loads-Apply-Thennal-Heat Generat 、確定載荷步選項(xiàng)對丁一個(gè)熱分析，可以確定普通選項(xiàng)、非線性選項(xiàng)以及輸出控制。a 普通選項(xiàng)時(shí)間選項(xiàng)：雖然對穩(wěn)態(tài)熱分析，時(shí)間選項(xiàng)并沒有實(shí)際的物理意義，但它提供了 一個(gè)方便的設(shè)置我荷步和載荷子步的方法。Command TIMEGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Tinie FrequencTime-Time Step/Time and Substps每載荷步中子步

15、的數(shù)最或時(shí)間步人?。簩非線性分析，每一載荷步需要多個(gè)子 步。Command NSUBSTGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTinie and Substps Command DELTIMGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Tiine/FiequencTim.e-Time Step遞進(jìn)或階越選項(xiàng)：如來定義階越(stepped)選項(xiàng)，載荷值在這個(gè)我荷步內(nèi)保持不變: 如果為遞進(jìn)(ramped)選項(xiàng)，則載:荷值由上一載荷步值到本我荷步值隨每一子步線 性變化Command KBCGUI: Mai

16、n MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and Substpsb. 非線性選項(xiàng)迭代次數(shù)：本選項(xiàng)設(shè)置每一子步允許的最多的迭代次數(shù)。默認(rèn)值為25,對人數(shù) 熱分析問題足夠。Command NEQITGUI Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearEquilibnum Iter自動時(shí)間步長：對r非線性問題，可以自動設(shè)定子步間我荷的增長，保證求解的 穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。Command AUTOTSGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/

17、FrequencTime-Time Step/Time and Substps收斂誤差：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗(yàn)熱分析的收斂性。Command CN*TO匚GUI Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearConvergence Cut求解結(jié)束選項(xiàng)：如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，達(dá)不到收斂，ANSYS町以停止求解 或到下一載荷步繼續(xù)求解。Command NCNVGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearCritena to Stop線性搜索：設(shè)置本選項(xiàng)町使ANSYS丿I Newton-Raphson方法進(jìn)?J線

18、性搜索。Command LNSRCHGUL Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearLine Search預(yù)測矯正：本選項(xiàng)可激活每一子步第一次迭代對ri由度求解的預(yù)測矯正。Command PREDGUI Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearPredictorc. 輸出控制控制打印輸出：本選項(xiàng)町將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.OUt文件中。Command OUTPRGUI Main MenuSolution-Load Step Opts-Output CtrlsSolu Printout控制結(jié)果文件：控制*.rth的

19、內(nèi)容。Command OUTRESGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Output CtrlsDB Results File 、確定分析選項(xiàng)a. Newton-Raphson選項(xiàng)(僅對II-線性分析仃用)Command NROPTGUI: Main MenuSolutionAnalysis Optionsb. 選擇求解器：可選擇如下求解器中一個(gè)進(jìn)行求解： Frontal solver(默認(rèn)) Jacobi Conjugate Gradient(JCG)solver JCG out-of-memory solverJ Incomplete Choleskv

20、 Conjugate Gradient(ICCG) solver Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG) Iterative(automatic solver selection option)C ommand EQSLVGUI: Main MenuSolutionAnalysis Options注意：熱分析可選用Iterative選項(xiàng)進(jìn)彳J：快速求解，但如下情況除外: 熱分析包含SURF 19或SURF22或超單元；熱輻射分析：和變分析 需耍 restart an analysisc. 確定絕對零度：在進(jìn)行熱軸射分析時(shí)，耍將目前的溫度值換

21、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)定為273：如果使用的是華氏度，則為460。C ommand TOFF STGUI Main MenuSolutionAnalysis Options 、保存模型：點(diǎn)擊ANSYS工貝條SAVE_DB 、求解C ommand SOLVEGUI Main MenuSolutionCurrent LS3、后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫入*.rth jiC件屮，它包含如卜數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)溫度導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)及單元的熱流密度節(jié)點(diǎn)及單元的熱梯度單元熱流率節(jié)點(diǎn)的反作用熱流率其它對穩(wěn)態(tài)熱分析，可以便用POST1進(jìn)行后處理，關(guān)后處理的完整描述，町參 閱AN

22、SYS Basic Analysis Procedures GuideK進(jìn)入POST1后，讀入我荷步和子步：Command SETGUI: Main MenuGeneial PostproO-Read Results-Bv Load Step町以通過如卜三種方式査看結(jié)果： 彩色云圖顯示Command PLNSOL, PLESOL, PLETABfGUI: Main MenuGeneral PostproOPlot ResultsNodal Solu, Element Solu, Elem Table欠最圖顯示Command PLVECTGUI: Main MenuGeneial Postpro

23、OPlot ResultsPre-defined or Userdefined列表顯示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等GUI: Main MenuGeneral PostproOList ResultsNodal Solu, Element Solu, Reaction Solu 詳細(xì)過程請參閱ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。實(shí)例1：筒內(nèi)為空氣，筒外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫度分某一潛水艇町以簡化為一圓筒，它由三層組成，最外面一層為不銹鋼，中間為 玻纖隔熱層，繪里面為鋁層，布。兒何參數(shù)：筒外徑30feet總樂厚2inc

24、h不銹鋼層璧厚0.75inch玻纖層壁厚1 inch鋁層壁厚0.25 meh筒長200 feet導(dǎo)熱系數(shù)不銹鋼8.27BTU/hr.ft.F玻纖0.028 BTU/hr.f鋁117.4 BTU/hr.ft.F邊界條件空氣溫度70 F海水溫度44.5F空氣對流系數(shù)2.5 BTU/hr.ftz.F海水對流系數(shù)80 BTU/hr.fr.FF沿垂直丁圓筒軸線作橫砂而，得到一圓環(huán)，収其中1度進(jìn)行分析，如圖示。No E3oundaricsANSYS熱分析指南No E3oundaricsANSYS熱分析指南空氣鋁玻璃纖維不銹鋼/ 海水R15 feet以卜分別列出Log文件和菜單文件。/filename, S

25、teadyl/title, Steadv-state thennal analysis of submarineJJ/units, BFTRo=15Rss=150.75/12)!外徑(ft)，不銹鋼層內(nèi)徑出I玻璃纖維層內(nèi)彳訊出I鋁層內(nèi)徑(ft)Rins=15l.75/12)Ral=152/12)Tau-70!潛水艇內(nèi)空氣溫度Kss-8.27Kins-0.028，不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(ETU/hrftoF丿!玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)(ETUJir.ftoF丿Tsea44.5|海水溫度Kal= 117.4| 鋁的導(dǎo)熱系數(shù)(ETU4ir ft oF)Han-2.5空氣的對流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)H

26、sea=80，海水的對流系數(shù)(BTU/hr.ft2. oF)/prep 701,pkme55 mpxxKss mpxx,2JCms mpjFllechange jobename, 輸入 Steady 1 ；2. Utility MenuFllechange rule,輸 入 Steady-state thennal analysis of submarine：3. 在命令行輸入/urns, BFT:4. lvIainMenu Preprocessor：5. Main Menu: PreprocessorElement TypcAdd/Edit/DdcteJt擇 PLANE55；6. Main

27、Menu PreprocessorNaterial Prop-Constant-Isotropic,默 認(rèn)材料編巧為 1,在 KXX 框中 輸入8.27,選擇APPLY,輸入材料編兮為2,在KXX框屮輸入0.023堆擇APPLY,輸入材料編 號為3,在KXX框中輸入117.4：7. Main Menu Prcproccssor-Nodcling-Crcatc-Arcas-CLrclcBy Dimensions，在 RADI 屮輸 入15,在RAD2屮輸入15Operate-Booleane-GLue Area,選擇 PICK ALL：9. Main Menu Preprocessor-Nfes

28、lung-Size Contrls-Lines-Picked Lines,選擇不銹鋼層fei邊，在 NDIV框屮輸入4選擇APPLY,選擇玻碉纖維層的短邊，在NDIV框屮輸入5選擇APPLY, 選擇鋁層的短邊，在NDIV框屮輸入2選擇APPLY,選擇四個(gè)長邊，在NDIV中輸入16：10. Main Menu Preprocessor - Atuibutes-D efineP i eked Area 邀擇不銹鋼層，在 MAT 框屮輸入 】,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：11. Main Menu Preprocesso

29、r-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3 or 4 sided,選擇 PICK ALL ；12. Main Menu: Solution-Loads-Applv-ThermaL-Colb*eetionOn hues,選擇不銹鋼外壁，在 XALI框中輸入SO,A VAL2I框中輸入44.5爲(wèi)擇APPLY,選擇鋁層內(nèi)壁，在VALI框屮輸入 2.5,在VAL2I框屮輸入70趨擇OK：13. Maui Menu Solutioii-Solve-Current LS:14. Mam Menu General PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal

30、Solu邈擇 Temperature.實(shí)例2一隕1筒形的罐有一接管，罐外徑為3英尺，樂厚為0.2英尺，接管外徑為0.5英尺，壁厚 為01英尺，罐與接管的軸線垂直且接管遠(yuǎn)離罐的端部。如圖所示：罐內(nèi)流體溫度為華氏450度，與罐壁的對流換熱系數(shù)年為250BUT/lir-fr-F5接管內(nèi)流體 的溫度為華氏100度,與管瞇的對流換熱系數(shù)隨管壁溫度而變。接管與罐為同一種材料，它 的熱物理性能如卜表所示：溫度70200300400500F密度0.23、0.2850.2850.2850.23、lbm/ui導(dǎo)熱系數(shù)8.358.909.359.810.23Btu/hr-ft-F比熱0.1130.1170.1190

31、.1220.125Btu/lbm-F對流系數(shù)*426405352275221Btu/hr-fr-F接管內(nèi)壁對流系數(shù)求罐與接管的溫度分布。以卜分別列出LOG文件及菜單操作/prep 7/title,Steadystare thenml analysis of pipe junction/units,bin!使用英制單位et,l,90!定義熱單元mp,dens,1,.285!密度mptemp,70,200,300,400,500!建立溫度表mpdata上xx, 1835/12,8.90/12,935/12,9.S0/12,10.23/12!導(dǎo)翹系數(shù)mpdagc,l,0.133,0.177,0.11

32、9,0.122,0.125!比熱No 3oundaricsANSYS熱分析指南mpdataM2426/144.405/144352/144,275/144,221/14!接管對流系數(shù)!定義兒何模型參數(shù)nl=1.3 rol-1.5 zl-2 n2=0.4 ro2=0.5z2=2!罐內(nèi)半徑!罐外半徑!罐長!接管內(nèi)半徑!接管外半徑!接管長!建立幾何模型 cyknd ji 1 jol JO wprota,090 cylind q2j:o2、22 十 90 wpstl,defa vovlap 丄 2 /pnuni,voluj Aiew-3FileChange Title,輸入 Steady-State

33、analysis of pipe juncuon,選擇 OK,2、役泄單位制在命令提示彳了輸入/UNITS,BIN,3、世義單尤類型 Main MenuPreprocesorELement TypeAddZEdit/DeleteThermal Solid, Bricck 20 node 90 號單元,4、定義材料屬性(1) Main MenuPreprocessorlvatenal Props-ConstantIsotropic,裁 認(rèn)材料 編j 1,在 DENSITY 框中輸入 0.285,(2) Main MenuPreprocessorlvlatcrial Props-Te2ip Dep

34、endent-Tenip Table,輸入溫度 70,200300,400,500,(3) Main MenuPrcprocessorMateiial Props-Tenp Dependent-Prop Table,選擇 Y熱系數(shù) KXX,材料編號為1,輸入與溫度表對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù) 8.35/12,8 9/12,9.3 5/12,9.8/12,10.23/12,選擇 APPLY,(4) 選擇比熱 C,材料編號為 1,輸入 0.113,0.117,0.119,0.122,0.125進(jìn)擇 APPLY,(5) 選擇對流系數(shù) HF,材料編號為 2,輸入 426/144,405/144,352/144,2

35、75/144, 221/144,漪 OKo5、定義幾何模型參數(shù)：Unlity MenuParametersS calar Parameters, 入 nl=1.3ol=l.51=212=0.402=0.52=2,6、建立兒何模型(1) Main MenuPreprocessor-Mod eLing-Create-X7blunies-Cyknd erBvDimensions, Outer radius 框中輸入 rol,Optional inner radium 框屮輸入 nlZ coordinates 框 中輸入0和Zlanding angle框中輸入90,(2) Utility MenuWo

36、rkPLaneOffset WP by Increments,/E XY,YZZX 框中輸入 0,-90,(3) Main MenuPreprocessor Modeling Create Vblumes CvlinderBvDimensions, Outer radius 屮輸入 ro2. Optional Lnner radium 屮輸入 n2, Z coordinates 框中輸入0和Z2,Starting angle框屮輸入-90JEnduig angle框屮輸入0,(4) Utility MenuWorkPLaneAlign WP mGlobal Cartesian；7、進(jìn)彳J：布爾

37、操作 Main MenuPreprocessor-ModelLng-Operate-Booleans-Overlap Volumes,選擇 Pick All；8、觀察兒何模型(1) Utility MenuPlotCtrlsNunibenng,4 J if volumes,(2) Utility MenuP 1 otCtrisView Direction,在 Coords of vie point 框中輸入-3,-1,1；9、刪除多余實(shí)體 Main MenuPreprocessor-Modeling-DeleteVolume and Eelow,在命令輸 入行輸入3,4回車；10、創(chuàng)建組 AR

38、EMOTE(1) Utility7 MenuSelectEntities,選擇 Area, Bv location, Z Coordinates,在 Mm, Max HE 中 輸入 Zl,選擇.PPLY.YCoordinates,在 Mm、Max 框中輸入 0,OK,(2) Utility MenuSelectComp/AsseniblvCreate Component,： Component name 框中輸 入 AREMOTE,在 Components is made of 菜單中選擇 AREA；11、組合面及線(1) Mam MenuPreprocessor-Meshing-MeshA?

39、dlumes-NappedConcatenateArea.選擇 Pick all；(2) Mam MenuPreprocessor-Meshing-MeshAblumes-Mapped-ConcatenateLmes,在命令彳亍中輸入12,7回車，選擇APPLY,在命令行屮輸入10,5回 車,OK：12、設(shè)定網(wǎng)格密度(1) Maui MenuPreprocessor-Meshing-Size CntilsPLcked Lines,選擇纟戈 6 和 20,OK/E No. of element divisions 框中輸入 4,OK：(2) Maui MenuPreproccssor-Meshi

40、ng-SLze CntrlsPicked Lines,選擇線 40.0電在 No. of element diisions 框屮輸入 65OK：(3) Ualitx7 MenuSelcctEverything：(4) Maui MenuPreprocessor-MeshingSize CntrlsSize,在 element edge kiigth 框屮輸入 0.4,OK：13、劃分網(wǎng)格* Mam MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-lvapped4 to 6 sides選 擇 Pick All：14、定義求解類型及選項(xiàng)(1) Maui MenuSolu

41、tion-Analysis Type-New Analysis,選樣 Steady-State：(2) Mam MenuSolunon-Analysis Options.選擇 Program-chosen；15、施加對流載荷(1) Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cylindrical；(2) Utility7 MenuSelectEntities,選擇 Nodes、Bv Location, X,在 Mm, Max 框中輸入 nl,OK：(3) Mam MenuSolution-Loads-Apply-Thernul-Convect

42、ionOn Nodes施擇 Pick All, 輸入 250/144 及 450,OK：16、在AREMOTE組I：施加溫度約束(1) Utility MenuSelectComp/AssemblvSelect Conip/Assemblyi2; aremote,(2) Utility MenuSelectEnnties,選擇 Nodes, Attached to, On the Area all, OK；(3) Mam MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-TeniperatureOn Nodes,選擇 Pick all,輸入 45,OK：17、施加與溫度仃關(guān)的對

43、流邊界條件(1) Utihty MenuWorkPlaneOffset WP by Inciements,在 XY,YZZX Angles 框屮輸入 0,90QK,(2) Utility7 MenuWorkPlaneLocal Coordinate SvstemsCreate Local CSAt WP Ongin, 在 Type of coordinate system 菜單中，選樣 Cylindrical 1,OK；Utility MenuSelect Entities,選擇 Nodes、By location, X、在 Mm. Max 框屮輸入 No 3oundaricsANSYS熱分析

44、指南n2,OK：(3) Mam MenuSoludon丄oadsAppy-ThemidCoiivectLOHOn Nod亡s Ji擇 Pick All, 在 Film coefficient 框中輸入-2,在 Bulk tempeiture 框屮輸入 100QK，(4) Utility MenuSelectEverything:(5) Utility MenuPlotCnlsSyLiibols,在 Show pres and convect as 菜單中選擇 Arrow, OK,(6) Utilitv MenuPlotNod es；18、恢復(fù)匸作F面及坐標(biāo)系統(tǒng)(1) Utility MenuW

45、orkPlaneChange Active CS toGlobal Canesian：(2) Utihty MenuWorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian：19、設(shè)定載荷步選項(xiàng)：Main MenuSolution-Load Step Options-Time/FrequencTime and Subsreps,在 Number of substeps 框屮輸入 50,設(shè)置 Automatic time stepping 為 On：20. 求解 Main MenuSolution-Solve-Current LS21. 顯示 溫度分布彩色 云圖：Main M

46、enuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu施擇 Temperature TEMP。(ANSYS Verification Manual中關(guān)于穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例：VM58Centerline temperature of a heat generating wireVM92Insulted wall temperatureVM93Temperature d epend ent conductivityVM94Heat generating plateVM95Heat transfer from a coohng spineVM96

47、Temperature distribution in a short solid cylinderVM97Temperature distribution along a straight finVM98Temperature distribution along a tapered finVM99Temperature distribution in a trapezoidal finVM100 Heat conductivity across a chimney sectionVM101 Temperature distnbution m a short solid cylinderVNI102Cyiind er with temperature d epend ent conductivityVM103 Thin plate with a central heat sourceVNI105 Heat generation coil with temperature depende