仿真在線ANSYS熱分析教程

1、第一章簡(jiǎn)介、熱分析的目的二、ANSYS的熱分析三、ANSYS熱分析分類(lèi)四、耦合分析第二章基礎(chǔ)知識(shí)一、符號(hào)與單位二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論冋顧二、熱傳遞的方式穩(wěn)態(tài)傳熱五、六、七、八、瞬態(tài)傳熱線性與非線性邊界條件s初始條件熱分析誤差估計(jì)第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義二、熱分析的單元三rANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基木過(guò)程實(shí)例12*fil2t,.b,+*+、+-+*+*+InII-tk*+1第四章瞬態(tài)傳熱分析一、瞬態(tài)傳熱分析的定義二、瞬態(tài)熱分析的單尤及命令三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主耍步驟.學(xué)、建模五、加載求解氷、后處理七、相變問(wèn)題實(shí)例】實(shí)例22020.20202025第一章簡(jiǎn)介一、熱分析的目的熱分析用十計(jì)

2、算一個(gè)系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通訛：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、管路系統(tǒng)亠電子元件等口二、ANSYS的熱分析在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechatiical、ANSYS/Thermal、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熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的溫度*井導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。ANSYS熱分析包插熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外，述對(duì)以分析相變*有內(nèi)熱

3、源、接觸熱阻等問(wèn)題。三、ANSYS熱分析分類(lèi)穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場(chǎng)不隨吋間變化瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場(chǎng)隨吋間明顯變化四、耦合分析*熱一結(jié)構(gòu)耦合*熱一流休耦合熱一電耦合熱一磁耦介熱一電一磁一結(jié)構(gòu)耦合等第二章基礎(chǔ)知識(shí)一、符號(hào)與單位項(xiàng)目國(guó)際單位英制堪位ANSYS代號(hào)長(zhǎng)度mft時(shí)間Ss質(zhì)量Kglbm溫度CFJjNIbf能量（熱量）JBTU功憑（熱流率）WBTU/sec熱流密度W/m2BTU/sec-ft2生熱速率W/in3BTU/sec-ft3導(dǎo)熱系數(shù)W/rn-C|BTU/畋fFKXX對(duì)流系數(shù)W/m2-flCBTU/sec-fr-DFHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比熱J/Kg-PBTU/lbm

4、-FC熔J/m3BTU/ftENTH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，即能量守恒定律：對(duì)于一個(gè)封閉的系統(tǒng)（沒(méi)有質(zhì)量的流入或流出）Q-JViU+AKE+APE式中：Q熱量；W作功；SU系統(tǒng)內(nèi)能；A（7bKE系統(tǒng)動(dòng)能*APE系統(tǒng)勢(shì)能；.對(duì)于大多數(shù)工程傳熱問(wèn)題匕KE=PE=0.通常考慮沒(méi)有做功：=0,則：Q=AU；對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析：0工即流入系統(tǒng)的熱量等于流出的熱量：.對(duì)于瞬態(tài)熱分析：,即流入或流出的熱傳遞速率q等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化儀dt三、熱傳遞的方式K熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)可以定義為完全接觸的兩個(gè)物體之間或一個(gè)物體的不同部分之間由于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羋,式

5、中曠為熱流dx密度（W/n?）,念為導(dǎo)熱系數(shù)表示熱量流向溫度降低的方向口2、熱對(duì)流熱對(duì)流是指固體的表面與它周?chē)佑|的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換口熱對(duì)流可以分為兩類(lèi)：F1然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。熱對(duì)流用牛頓冷卻方程來(lái)描述：式中h為對(duì)流換熱系數(shù)（或稱(chēng)膜傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)、膜系數(shù)等），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，并彼其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過(guò)程物體溫度越高，單位時(shí)間輻射的熱駅越多。熱傳導(dǎo)利熱対流都需要有傳熱介質(zhì)，I佃熱輻射無(wú)須任何介質(zhì)。實(shí)質(zhì)丄，在真空中的熱輻射效率最高.在工程中通?？紤]兩個(gè)或兩個(gè)以上物體乏間的輻射*系統(tǒng)中每平物體同時(shí)輻射并吸

6、收熱量。它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬一波爾茲曼方程來(lái)計(jì)算：彳二&曲占，叩一卞），式中g(shù)為熱流率，為輻射率（黑度），b為斯蒂芬一波爾茲曼殆數(shù)，約為5,67XlOW/mVK4,氏為飾射血1的血積，耳？為宙軸射血1到輻射面2的形狀系數(shù)，7；為輻射面I的絕對(duì)溫度，婦為輻射面2的絕對(duì)溫度-由上式町以看出，包含熱輻射的熱分析是嵩度非線性的爲(wèi)四、穩(wěn)態(tài)傳熱如杲系統(tǒng)的掙熱流率為0,即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量等于流出系統(tǒng)的熱量：q絆+q也p跖產(chǎn)0,則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)態(tài).在穩(wěn)態(tài)熱分析中任一節(jié)點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化匚穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣形式表示兇町=。式中：K為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)r對(duì)流系數(shù)

7、及輻射率和形狀系數(shù)；”為節(jié)點(diǎn)溫度向量暈。為節(jié)點(diǎn)熱流率向帛冷包含熱生成：ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，生成K、以及型。五、瞬態(tài)傳熱瞬態(tài)傳熱過(guò)程是指?jìng)€(gè)系統(tǒng)的加熱或冷卻過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨吋間都有明妮變化。根據(jù)能量守恒原理，瞬態(tài)熱平衡可以表達(dá)為（以矩陣形式喪示）：Ct+KT=Q式中；Kj傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)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；為節(jié)點(diǎn)溫度向量：出為溫度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；0)為節(jié)點(diǎn)熱流率向.量，包含熱生成出六、線性與非線性如果有下列情況產(chǎn)生，則為非線性熱分析：、材料熱性能隨溫度變化,如K

8、(TlC(T)等$、邊界條件隨溫度變化，如h(T)等：、含有非線性單元；、考慮輻射傳熱非線性熱分析的熱平衡矩陣力秤為：g町7#K(?j肛法幀巧七、邊界條件、初始條件ANSYS熱分析的邊界條件或初始條件町分為七種：溫度、熱流率、熱流密度、對(duì)流、輻射、絕熱x生熱匸八、熱分析誤差估計(jì)僅用于評(píng)估山于網(wǎng)格密度不夠帶來(lái)的誤差；僅適用于SOLID或SHELL的熱單元只有溫度個(gè)自由度)；基于單-元邊界的熱流密度的不連續(xù)；僅對(duì)一種材料、線性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效.使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分町以對(duì)誤羞進(jìn)行控制C第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析穩(wěn)態(tài)傳熱的定義穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對(duì)系統(tǒng)或部件的影響竹通常在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析以前，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分

9、析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過(guò)有限元計(jì)算確定由于穩(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)熱分析的單元熱分析涉及到的單-元有大約40利口其中純粹用于熱分析的有14種:線性:LINK32兩維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單兀LINK33L1NK34LINKS1二維實(shí)體：PLANE55PLANE77PLANE35PLANE75PLANE7三維實(shí)體SOL4D87SOL1D70SOLJD90殼SHELL57點(diǎn)MASS71三維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元二節(jié)點(diǎn)熱對(duì)流單元-節(jié)點(diǎn)熱輻射單元四節(jié)點(diǎn)四邊彤單元八節(jié)點(diǎn)四邊形單元三節(jié)點(diǎn)三角形單元四節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱(chēng)單兀八節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱(chēng)單元六節(jié)點(diǎn)四面體單元八節(jié)點(diǎn)六面體單元二十節(jié)點(diǎn)六面休

10、單元四節(jié)點(diǎn)有關(guān)單兀的詳細(xì)解釋,請(qǐng)參閱ANSYEElementReferenceGuided三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過(guò)程ANSYS熱分析可分為三個(gè)步驟：前處理：建模求解：施加載荷計(jì)算后處理；查看結(jié)果K建模(D、jobname,unit?、進(jìn)入PREP7前處理，定義單元類(lèi)型，設(shè)崔單元選項(xiàng)；、定義單元實(shí)常數(shù)：、定義材料熱性能參數(shù)，對(duì)于穩(wěn)態(tài)傳熱，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)建兒何模型并劃分網(wǎng)格，請(qǐng)參閱ANSYSModelingandMeshingGuided施加載荷計(jì)算、疋義分析類(lèi)型如果進(jìn)行新的熱分析；Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUT:Mai

11、nmcnuSoul!on-AnalysisTypc-NcwAnalysisStcady-statc如果繼續(xù)丄一次分折，比如增加邊界條件等：Command:ANTYPE,STATIC,RESTGUT:MainmenuSolutionAnalysisType-Restart、施加載荷可以直接在實(shí)體模型或單元模型上施加五種載荷（邊界條件）：4恒定的溫度通霸作為0由度約束施加于溫度知的邊界上。CommandFamily:DGUT:MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Temperalureb、熱流率熱流率作為節(jié)點(diǎn)集中載荷，主要用于線單元模型中（通常線單兀模型不能施加

12、對(duì)流或熱流密度載荷），如果輸入的值為止,代表熱流流入節(jié)點(diǎn)，即中元獲取熱量.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?chē)膯卧芤恍?，在兩種導(dǎo)熱系數(shù)-差別很大的兩個(gè)單元的公共節(jié)點(diǎn)上施加熱流率時(shí)，尤莫要注意。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(huì)更精確些-CommandFamily:FGUT：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatPlows對(duì)流對(duì)流邊界條件作為而載施加于實(shí)體的外表而計(jì)算打流體的熱交換，它僅可施加于實(shí)體和殼模型丄，對(duì)于線模型，可以通過(guò)對(duì)流線單元LIN

13、K34考慮對(duì)流口CommandFamily:SFGUT:MainMenuSointion-Loads-Apply-Therinal-Coiivectiond.熱流密度熱流密度也是種而載口當(dāng)通過(guò)單位而積的熱流率.知或通過(guò)FLOT&ANCFD計(jì)算得到時(shí)，町以在模型相應(yīng)的外表面施加熱流密度。如果輸入的值為止，代衣熱流流入單兀。熱流密度也僅適用于實(shí)體和殼單元。熱流密度與對(duì)流可以施加在同一外表面，但ANSYS僅讀取最后施加的面載進(jìn)行讓算口CofnmandFamily:FGUI：MainMenuSoludon-Loads-Apply-Thermal-HeatFluxe生熱率生熱率作為體載施加于/九上，可以

14、模擬化學(xué)反應(yīng)生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率口CommandFamiJy:BFGUT:MainMenuSolution-Loads-Apply-ThermaJ-HeatGenerat、確肚載荷步選項(xiàng)對(duì)于個(gè)熱分析，町以確定普通選項(xiàng)、非線性選項(xiàng)以及輸出控制。乳普通選項(xiàng)吋間選項(xiàng)：雖然對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析，時(shí)間選項(xiàng)并沒(méi)有實(shí)脈的物理意義，但它提供了一個(gè)方便的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。Command:TIMEGUT:MainMenuSolulion-LoadStepOpls-Tilne/FreqiierK；TimeTinieSlep/TimeandSubstps每載荷步中子步的數(shù)矍或時(shí)間步大?。簩?duì)于

15、非線性分析，每一載荷步需要多個(gè)子步Command:NSIJBSTGUI:MuinMenuSolution-LoadSIepOpts-Time/FrequencTimeandSubstpsCommand:DELTIMGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpiSTiine/FrequencTime-TiTneStep遞進(jìn)或階越選項(xiàng)：如果定義階越(stepped)選項(xiàng)，載荷值在這個(gè)載荷步內(nèi)保持不變；如果為遞(ramped)選項(xiàng)，則載荷值曲丄一載荷步值到本載荷步值隨每一子步線性變化口CoiTimdnd:KBCGUT:MainMenuSolutionLoadStepOpts-Tim

16、e/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps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)出默認(rèn)值為25,對(duì)大數(shù)熱分析問(wèn)題足夠，Cotnmand:NEQ1TGUI:MainMenuS0lution-LoadStepOpts-NciinearEquilibriumIter自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)；對(duì)于非線性問(wèn)題，可以自動(dòng)設(shè)定子步間載荷的增長(zhǎng)，保證求解的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性.Command:AUTOTSGUT:MainMenuS-L0adSiepOpls-Time/FrequencTimeTimeSlep/TimeandSubstps收斂諜差：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗(yàn)熱分

17、析的收斂性Command:CNVTOLGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NclinearConvergenceCrit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可以停止求解或到下一載荷步繼續(xù)求解口Command:NCNVGUI:MainMenuSokiti0n*LoadStepOpts-NolinearCrteriatoStop線性捜索：設(shè)置木選項(xiàng)可使ANSYS用NewtoivRaphson方法透行線性捜索.Command:LNSRCHGUT:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearLineSearch預(yù)測(cè)

18、矯止；本選項(xiàng)可激活每子步第一次迭代對(duì)自由度求解的預(yù)測(cè)矯正。Command:PR.EDGUT:MainMenuSolution-LoadStepOpt-NQIinearPredictor輸出控制控制打印輸出：本選項(xiàng)可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到巴out文件中Command:OUTPRGUI:MainMenuSoIuti0n-l_oadStepOpt-OutputCtrlsSoluPrintout控制結(jié)果文件：控制忙Tth的內(nèi)容DCommand:OLITRESGUI;MainMenuSol|ion-LoadStepOpts-OutputCtrlsDB/ResuitsFile、確定分析選項(xiàng)Newton-Ra

19、phson選項(xiàng)僅對(duì)非線性分析有用)Command:NROPTGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions選擇求解器：可選擇如下求琳器中個(gè)進(jìn)行求解：Frontalsolver(默認(rèn))JacobiConjugateGradient(JCG)solverJCGout-of-memorysolverIncompleteCholeskyConjugateGradienr(ICCG)solverPre-ConditionedConjugateGradientSoIver(PCG)1憶ative(automaticsolverselectionoption)Command:EQSL

20、VrGUT:MainMenuSoIntionAnalysisOptions注意：熱分析可選用Iterative選項(xiàng)進(jìn)行快速求解，但如下情況除外：熱分析包含SURF19或SURF22或超單元；熱輸射分析；相變分析齋耍restartananalysisC,確定絕對(duì)零度：在進(jìn)行熱輻射分析時(shí)，要將目前的溫度值換算為絕對(duì)溫度如果使用的溫度單位是攝氏度，此值應(yīng)設(shè)宦為273；如果使用的是華氏度，則為嘰Command:TOFFSTGUI:MainMenuSoInlionAnalysisOptions、保存模型：點(diǎn)擊ANSYSI具條SAVE_DBo、求解Command:SOLVEGUT:MainMcnuSolu

21、tionCurrcntLS3后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫(xiě)入忙卅文件中，它包禽如下數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)溫度導(dǎo)岀數(shù)據(jù)；-節(jié)點(diǎn)及單元的熱流密度節(jié)點(diǎn)及單元的熱梯度小元熱流率-節(jié)點(diǎn)的反作用熱流率其它對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析，可以使用POST1進(jìn)行后處理，關(guān)于后處理的完整描述，可參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuideK進(jìn)入POSTl后，讀入載荷步和子步：Command:SETGUT:MainMenuGeneraIPg卬roc-ReadResults-ByLoadStep可以通過(guò)如下二種方式查看結(jié)果：彩色云圖顯示Command:PT.NSOL,PLESOL,PLETABGUI:Ma

22、inMcimGeneraIPostprocPiotResu1tsNodalSohi：ElementSolnElemTable矢量圖顯示Command;PLVECTGUI:MainMenuGeneralPostprocPl0tResuItsPre-definedorUserdefined列表顯示Command:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenuGeneralPostprocListResultsNodalSolu,ElementSolu,ReactionSolu詳細(xì)過(guò)程請(qǐng)參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuideK實(shí)例1：某一潛水艇可以

23、簡(jiǎn)化為一圓筒，它山三層組成，最外而一層為不銹鋼，中間為玻纖隔熱層，掇里面為鋁層，簡(jiǎn)內(nèi)為空氣，簡(jiǎn)外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫度分布D幾何參數(shù)：筒外斥總準(zhǔn)厚2不銹鋼層壁厚玻纖層壁腮鋁層舉厚筒長(zhǎng)導(dǎo)熱系數(shù)不銹鋼玻纖鋁邊界條件空氣溫度海水溫度空氣對(duì)流系數(shù)海水對(duì)流系數(shù)30feetinchO.75inchIinch0.25inch200feet8.27BTU/hr.ft.F0.028BTU/hi.ft.F117.4BTU/hr.ft.oF70F44,5f2.5BTU/hLftE80BTU/hr.ft沿垂ri于圓筒軸線作橫截面,得到一圓環(huán)，収其中丨度進(jìn)行分析，如圖示。以下分別列出log件利菜單文件/filen

24、ame,Steady1/title,Steady-statethermalanalysisofsubmarine/units,BFT如15汐卜徑(ft)Rss-15-(0.75/12)!不銹鋼層內(nèi)徑ft)Rins=15-(1,75/12)!玻璃纖維層內(nèi)徑(ft)Ra=15-(2/12)!鋁層內(nèi)徑(ft)Taii-70!潛水艇內(nèi)空氣溫度Tsea=44.5!海水溫度Kss=8.27!不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Kms-0.028!玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.fi.oF)Kd=l17.4!鋁的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Hai1=2,5!空氣的對(duì)流系數(shù)(BTU/hEft

25、2.oF)Hsca=80!海水的對(duì)流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)/prep7etj,plane55!定義二維熱單元mp,kxx,ltKss!設(shè)定不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)mp?kxx,2,Kins!設(shè)定玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)mpjkxxjKal!設(shè)定鋁的導(dǎo)熱系數(shù)pcirc.Ro,Rss-0.5,0.5!創(chuàng)建幾何模型pcirc.Rss,RinsFilechangejobename,輸入SteadyIUtilityMenuFilechangetit血輸入Steady-statethermalanalysisofsubmarine；在命令行輸入:/units,BET；MainMenu:Preprocesso

26、r；MainMenu:PreprocessorElenientTypeAdd/Edit/Delete,選擇PLANE55；MainMenu:PreprocessorMaterialProp-Consiant-Isoiropic,默認(rèn)材料編號(hào)為1,在KXX框中輸入&27,選擇APPLY,輸入材料編號(hào)為N在KXX框中輸入022&選擇APPLY,輸入材料編號(hào)為3在KXX框中輸入117.4；MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleByDimensions，在RADI中輸入15,在RAD2中輸入15-(75/12),在THERA1中輸入05,在

27、THERA2中輸入0.5,選擇APPLY；在RAD1中輸入15-(.75/12).在RAD2中輸入】5(.75/12),選擇APPLY,在RADI中輸入15-(1.75/12),在RAD2中輸入15-2/12,選擇0K；MainMenu:Preprocessor-ModelingsOperate-Booleane-GlueArea,選擇PICKALL；MainMenu:Prepr0cessor-Meshing-SizeContrls-Lines-Picked口皿5,選擇不銹鋼層短邊，在NDIV框中輸入4.選擇APPLY,選擇玻璃纖維層的短邊，在NDIV框中輸入5,選擇APPLY,選擇鋁層的短邊

28、，在ND1V框中輸入2,選擇APPLY,選擇四個(gè)長(zhǎng)邊，在NDIV中輸入16：MainMenu:Preprocessor-Attributes-DefinePickedA代選擇不銹鋼丿芫在MAT框中輸入1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；MainMenu:Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3or4sided,擇PICKALL；MainMenu:Solmion-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOnlines,選擇不銹鋼外壁，在VALI框中輸入眇在VAL2I框

29、中輸入44,選擇APPLY,選擇鋁層內(nèi)壁，在VALI框中輸入2.5,在VAL2I框中輸入70，選擇OK：SIMO-ONLINEBBS仿真在線論壇SIMU-ONLINEBES仿真在線論壇MainMenu;Solution-Solve-CurrentLS；MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSog選擇Temperaturec實(shí)例2一圓簡(jiǎn)形的罐有一接管，篠外徑為3英尺，壁厚為0.2英尺，接管外徑為04英尺，壁厚為英尺，篠與接管的軸線垂直R接管遠(yuǎn)離篠的端部口如圖所示：縮內(nèi)流體溫度為華氏450度，與罐率的對(duì)流換熱系數(shù)年為250BUT/

30、hr-ft2-oF,：管內(nèi)流體的溫度為華氏100度與管壁的對(duì)流換熱系數(shù)隨管肆溫度而變。接管與罐為同一種材料#它的熱物理性能如下表所示：溫度70200300400500F密度0.2850.2850.2850.2850,285lbni/i門(mén)導(dǎo)熱系數(shù)8358.909359用10.23Btu/hr-ft-F比熱0.1130.1170.1190.1220.125Btu/lbm-F對(duì)流系數(shù)*426405352275221Bui/hrft2-F*接管內(nèi)吐對(duì)流系數(shù)求罐與搖管的溫度分布。以下分別列出LOG文件及菜單操作/prej7/title,Steady-stalethermalanalysisofpipej

31、unction/units,binl使用英制單位etJ?90!定義熱單元mp,densJ,.285!密度inptemp,70,200,300,400,500!建立溫度衣mpdaia,kxxj8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12!導(dǎo)熱系數(shù)mpdata.cJO33,CU77A1190122Al25!比熱mpdata,hf,2426/144.405/144,352/144,275/144,221/144!接管對(duì)流系數(shù)!定義幾何模型參數(shù)rillJr0f=1.571=2ri2=0Aro2=0.5z2=2!罐內(nèi)半徑1罐外半徑!罐長(zhǎng)!接管內(nèi)半徑1接管外半徑I接管長(zhǎng)

32、!建立兒何模型cylind,riL,rolzl90wprpta,Oe,3dmshkey,1!在接管壁厚方向分4等分!在接管長(zhǎng)度方向分6等分!在罐號(hào)厚方向分4等分!選gEVERYTHING!設(shè)定默認(rèn)的單兀大小!選擇3D映射網(wǎng)格save!保存數(shù)據(jù)文件!劃分網(wǎng)格，產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)與單元vmesh,all/pnum,defa/title,elementsinportionbeingmodeledeplotfinish!加載求解/sola1顯示單元antyix:,staticnropt,autotu門(mén)if,450csys,lnsel,s,loc,x,rilsUlLconv5250/144,450cmselare

33、motensla,Jd,ail,temp,450wprota.0,-90cswplal1?1nsel,s,loc?x,ri2allsel!定義為穩(wěn)態(tài)分析!設(shè)置求解選項(xiàng)為Program-chosen!NeMon-Raphson!設(shè)建初始所有廿點(diǎn)溫度!變?yōu)橹鴺?biāo)!選擇罐內(nèi)農(nóng)面的節(jié)點(diǎn)!定義對(duì)流邊界條件!選擇AREMOTE面組!選擇厲于AREMOTE面組的節(jié)點(diǎn)!定義節(jié)點(diǎn)溫度!將工作T面旋轉(zhuǎn)于接管軸線!創(chuàng)建局部柱坐標(biāo)!選擇接管內(nèi)壁的節(jié)點(diǎn)!定義對(duì)流邊界條件!選擇EVERYTIUNG!顯示所有溫度約束!媼示所有對(duì)流邊羿/pbc,templ/psfnconv2/title/Boundaryconditions

34、叩lotwpstylc.defacsys,0autots,onnsubst,50kbc.,0outpr,nsoljastsoWefinish!進(jìn)入后處理/postI/titlejemperaturecontroursatpipe/tankjunctionplnsol,temp!顯示湍度彩色云圖finish!顯示節(jié)點(diǎn)!工作平面恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)!變?yōu)橹苯亲鴺?biāo)!扛開(kāi)自動(dòng)步廠長(zhǎng)!設(shè)定子步數(shù)量!設(shè)定為階越!設(shè)置輸出!進(jìn)行求解/exit,all菜單操作1設(shè)定標(biāo)題:UtilityMenuFileChangeTitle,輸入Steady-Stateanalysisofpipejunction,選樣OK;氛設(shè)定單位

35、制:在命令提示行輸入/UNITS,BJN;3、定義|卩元類(lèi)型:MainMenuPreprocesorElementTypeAdd/Edit/Delete,選擇ThernialSolid,Bricek20node90號(hào)單元4、定義材料屈性MainMenuPreprocessorMaterialProps-Constant-Isotropic,默認(rèn)材料編號(hào)1,在DENSITY框中輸入0285;MainMenuPreprocessorMaterialPmps-TempDependent-TetnpTabl亡，輸入溫度70,200,300,400,500;MainMenuPrepiocessorlVI

36、aterialProps-TempDependentProplable,選擇導(dǎo)熱系數(shù)KXX?材料編號(hào)為1,輸入打溫度表對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)835/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12,選擇APPLY;選擇比熱C,材料編號(hào)為1,輸入0+13,0.117,0.119。122。125,選擇APPLY;選擇對(duì)流系數(shù)卜也材料編號(hào)為2,輸入426/144,405/144,352/144,275/144,221/144，選擇OKo5、走義幾何模型參數(shù)：UtilityMeniLParametersScalaTParameters,輸入nl-1.3,rol-l.5,z1-2,ri2-0.

37、4,ro2-0.5,z2-2;6建立幾何模型MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Volumes-CylinderByDimensions,Outerradius框中輸入rol,Optionalinnerradium框中輸入ril,Zcoordinates框中輸入0和Zl.Endingangle框中輸入90;UtilityMenuWorkPIane()ffsetWPbyhicrementsiztXXYZ.ZX框中輸入0Preprocessor-ModeIing-Create-Vo1umes-CyIinderByDimensions;Outerradius框中

38、輸入ro2,Optionalinnerradium框中輸入ri2,Zcoordinates框中輸入0和Z2,Stintingangle框中輸入-90,Endingangle框中輸入0;UtilityMenuWorkPlaneAlignWPwithGlobalCartesian：7進(jìn)彳布爾操作:MamMeniiPreprocessor-Modeling-O|7erate-Bo(jleans-OverlapVolumes,選擇PickAll；乂觀察幾何模型UtilityMenuPktClrlsNumberingJTJfvolumes;UtiliiyMenuPlotCtrlsViewDirectio

39、n,在Coordsofviewpoint框中輸入-3,-L,l：9刪除多余實(shí)體MainMcnuPreprocessor-ModeHng-DeleteVolumeandBelow5在命令輸入行輸入3,4回車(chē)；10倉(cāng)ijaiAREMOTE(L)UtilityMenuSelectEntilies,選擇Area,Bylocation,ZCoordinates,在Min,Max框中輸入Zl,選擇APPLYCoordinates,在Min,Max框中輸入0,OK;UtilityMenuSclectCoinp/AssemblvCreateComponent,在Componentname輸入AREMOTE,在

40、Componentsismadeof菜單中選擇AREA；11組合面及線MainMertuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-Mapped-Concater)ate-Area,選擇Pickall：MainMenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volunies-Mapped-Concatenate-Lines,在命令行中輸入12,7回車(chē)，選擇APPLY；在命令行中輸入J0,5回車(chē)設(shè)定網(wǎng)格密度MainMenuPreprocssor-Meshing-SizeCntrlsPickedLines,選擇線6和20,OK?在No.ofelementdivi

41、sions框中輸入MainMenuPrepr0cessor-Meshing-SizeCntrlsPickedLines,選擇線40,OK,在No.ofelementdivisions框中輸入6,OK；UtilityMenuSelectEverything；MainMenuPreprocessor-Meshing-SizeCntrls-Global-Size,在elementedgelength框中輸入(X4QK；13、劃分網(wǎng)格:裁ainMenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-Map|ed4to6sides,選擇PickAll：M.足義求解類(lèi)型及選項(xiàng)MainM

42、enuSokition-AnalysisType-NewAnalysis,選擇Steady-State；MainMenuSokUion-AnalysisOptions,選擇Program-chosen；施加對(duì)流載荷Uli1ityMenuWorkPIaneChangeActiveCStoGlobalCylindricaE；UtilityMenuScletEntities,選擇Nodes,Bylocation,兀在Min,Max框中輸入riLOKrMainMenuSulutioTi-Loads-Apply-Thermal-CoTivectioDOnNodes,選擇PickAll,輸入250/144

43、及450QK；在AREMOTE組上施加溫度約束UtilityMenuSelectComp/AsscmblySelectComp/Assemblyaremote;UtilityMenuSeiectEntitiest選擇NtxteyAttachedto,OntheAreaall,OK；MainMenuSohiti(m-Loads-Apply-Thermal-TemperatureOnNodes,選擇Pickall,輸入45QK；施加與溫度有關(guān)的對(duì)流邊界條件UtilityMenuWorkPIaneOfTsetWPbyIncrement比在XY,YZ,ZXAngles框中輸入0,-90,OK;Util

44、ityMenuWorkPlaneLocalCoordinateSysiemsX?reateLocalCSAtVPOrigin,在Typeofcoordinatesystem菜單中，選擇CylindricalLOK；UtilityMenuSelectEntities,選擇NodesTBylocation,X,在Min,Max框中輸入ri2,OK；MainMenuSolLition-L0ads-Apply-Thermal-CDnveutionOiiNodes,選擇PickAll,在Filmcoefficient框中輸入-2,在Bulktemperature框中輸入100QK;UtilityMenu

45、SelectHverything；UtilityMenuPIotCtrlsSymbols,/1-Showpresandconvectas菜單中選擇Arrow,OK;UtilityMenuPIotNodes；恢復(fù)工作平而及坐標(biāo)系統(tǒng)UtilityMenuWorkPIaneChangeActiveCStoGlobalCartesian；UtilityMenuW0rkPlaneAlignWPwithGlobalCJartesian；19、設(shè)定載荷步選項(xiàng)：MainMenuSoILition-LoadStepOptions-1ime/FrequencTimeandSubsteps,Numherofsubs

46、teps框中輸入TO,設(shè)置Automatictimestepping為On；20求解:何祈口MenuSolution-Soive-CurrentLS21、顯示湍度分布彩色云圖：MainMenuGeneralPostprocPlotKesults-ContourPlot-N0dalSolu?選擇TemperatureTEMP。(ANSYSVerificationManuaI申關(guān)于穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例=VM58CenterlinetemperatureofaheatgenedtingwireVM92InsultedwalltemperatureVM931emperamredependentconduc

47、tivityVM94HeatgeneratingplateVM95HeattransferfromacoolingspineVM96TeinperatLiredistributioninashortsolidcvHnderVM97TemperaturedistributionalongastraightfinVM98TemperaturedistributionalongataperedfinVM99TemperamredistributioninatrapezoidalfinVM100HeatconductivityacrossachimneysectionVM101Temperatured

48、istributioninashortsolidcylinderVM102CylinderwithtemperaturedependentconductivityVM103ThinplatewithacentralheatsourceVM105IEeatgenerationcoilwithtemperaturedependentconductivityVM108TemperaturegradientacrossasolidcylinderVM118CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM160Solidcylinderwithharmonicte

49、mperatureloadVM161HeatflowfromainsulatedpipeVM162CoolingofacircularfinofrectangularprofileVM193Adaptiveanalysisoftwa-dimansionjtlheattransferwithconvection第四童瞬態(tài)傳熱分析瞬態(tài)傳熱分析的定義瞬態(tài)熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)的隨時(shí)間變化的溫度場(chǎng)及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計(jì)算溫度場(chǎng)，并將之作為熱載荷進(jìn)行應(yīng)力分析。瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類(lèi)似。主姜的區(qū)別是瞬態(tài)熱分析中的載荷暑隨時(shí)問(wèn)變化的.為了表達(dá)隨時(shí)間變化的載荷，首先必須將載荷時(shí)問(wèn)

50、曲線分為載荷步.載荷時(shí)間曲線中的每個(gè)拐點(diǎn)為一個(gè)載荷步，如下圖所示。對(duì)于每一個(gè)載荷步，必須定義載荷值及時(shí)間值，同時(shí)必須選擇載荷步為漸變或階越.二、瞬態(tài)熱分析中的單元及命令瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同。要了解每個(gè)單元的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參閱為NSYSElementReferenceGuided要了解每個(gè)命令的詳細(xì)功能，詰參閱ANSYSCommandReferenceGuide。三、ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要?dú)i驟建模加載求解后處理1、建模確定jobnamefitlsunits,進(jìn)入PREP7:定義單尤類(lèi)型并設(shè)置選項(xiàng)；-如果需要，定義單元實(shí)常數(shù)；定義材料熱性能：一般瞬態(tài)熱分析要定義導(dǎo)熱系數(shù)、密度及

51、比熱；建立幾何模型:對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格。關(guān)于建模及劃分網(wǎng)格，請(qǐng)參閱ANSYSModelingandMeshingGuideK2.加載求解定義分析類(lèi)型*如果第一次進(jìn)行分析，或重新進(jìn)行分析GUI:MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAn4）ysisTransientCommand:ANTYPE/IRANSIENT/NEW如果接著丄次的分析繼續(xù)進(jìn)行（例如增加英它載荷）GUI：MainMenuSolutsonAnalysisTypeRcstartCommand:ANTYPE,TKANSTENUREST獲得瞬態(tài)熱分析的初始條件、定義均勻溫度場(chǎng)如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設(shè)

52、定所有節(jié)點(diǎn)初始溫度Command:TUNTFGUT:MainMenuSolution-Loads-SettingsUiiiformTemp如果不在對(duì)話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認(rèn)為參考溫度，參考溫度的值默認(rèn)為零，但町通過(guò)如T方法設(shè)定參考溫度：Command:TREFGUIiMainMcnuSolution-Loads-SettingsRefeTencfeTemp注意：設(shè)定均勻的初始溫度.與如下的設(shè)定節(jié)點(diǎn)的溫度（自由度）不同Command:DGUI;MainMenuSolution-Loads-Apply-Thernial-TemperatiireOnNodes初始均勻溫度僅對(duì)分析的第一個(gè)子步有效*而設(shè)

53、定節(jié)點(diǎn)溫度將保持貫穿整個(gè)瞬態(tài)分析過(guò)程，除非通過(guò)下列方法刪除此約束：Command:DDELEGUI;MainMenuSolution-Loads-Delete-Tiermal-TeniperatureOnNodes、設(shè)定非均勻的初始溫度在瞬態(tài)熱分析中，節(jié)點(diǎn)溫度可以設(shè)定為不同的值：Command:ICGUT:MainMenuSo1iLitionLoadsApply-TnitialConditFnDefine如果初始溫度場(chǎng)是不均勻的口又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析確定初始條件：設(shè)定載荷如已知的溫度、熱對(duì)流等）將時(shí)間積分設(shè)置為OFF：Command:TTMINT,OFFGUT:MainMenuP

54、reprocessoTLoads-LoadStepOpts-Time/FrequeiicTirneIntegration*設(shè)定八個(gè)只有i個(gè)子步的.吋間很小的載荷步（例如0.001）；Command:TIMEGUT:MainMenuPrepiocessorLoads-LoadStepOpts-Time/FrequencTimeandSubsEps寫(xiě)入載荷步文件：Command:LSWRITEGUI:MainMcnuPreproccssorLoadsWriteLSFilc或先求解：Command:SOLVEGUI:MainMenuSolutionSolveCurrentLS注意：在笫二載荷步中，要

55、刪去所有設(shè)定的溫度，除非這些節(jié)點(diǎn)的溫度在瞬態(tài)分析與穩(wěn)態(tài)分析相同C.設(shè)定載荷步選項(xiàng)、普通選項(xiàng)吋間：本選項(xiàng)設(shè)定每一載荷步結(jié)束時(shí)的時(shí)間：Command:TIMEGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FreqLiencTimeandSubstps每個(gè)載荷步的載荷子步數(shù)，或時(shí)間增量對(duì)十非線性分析，每個(gè)載荷步需要多個(gè)載荷子步。時(shí)間步長(zhǎng)的大小關(guān)系到計(jì)算的精度a步長(zhǎng)越小于計(jì)算精度越局同時(shí)計(jì)算的時(shí)間越長(zhǎng)。根據(jù)線性傳導(dǎo)熱傳遞*可以按如下公式估計(jì)初始肘間步長(zhǎng)：ITS=d2a其中為沿?zé)崃鞣较驘崽荻茸畲筇幍膯卧拈L(zhǎng)度，。為導(dǎo)溫系數(shù)，它等于導(dǎo)熱系數(shù)除以密度與比熱的乘積（、a=時(shí)pc

56、）Command:NSVBSTorDELTTMGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FteqncTimeandSubstps如果載荷在這個(gè)載荷步是恒定的，需更設(shè)為階越選項(xiàng)；如果載荷值隨吋間線性變化，則耍設(shè)定為漸變選項(xiàng)：Command:KBCGUI:MainMenuSolutibn-LoadStepOpts-Time/FteqncTimeandSubstps、非線性選項(xiàng)迭代次數(shù)：每個(gè)子步默認(rèn)的次數(shù)為25,這對(duì)大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠.Command;NEQITGUI:MainMenuSolution-LoadstepoptsNonlinearEquili

57、briumTter自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)：本選項(xiàng)為ON時(shí)，在求解過(guò)程中將自動(dòng)調(diào)整吋間步長(zhǎng)。Command:AUTOTSGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Titnc/FrcqucticTimcandSubstps吋間積分效果：如果將此選項(xiàng)設(shè)疋為OFF,將進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析。Command:TTMTNTGUI:MainMenuSolutio!i-LoadStepOpts-Time/FrequencTnneIntegTatian、輸岀選頊-控制打卬輸出：本選項(xiàng)可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到化Solution-LoadStepOpts-OutpuiCtrlsSoluPrintout控制結(jié)果

58、文件；控制*.rth的內(nèi)容Command:OUTRESGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts*OutputCtrlsDB/ResuItsFile、存盤(pán)求解3、后處理ANSYS提供兩種后處理方式：POSTU可以對(duì)整個(gè)模型在某一載荷步（時(shí)間點(diǎn)）的結(jié)果進(jìn)行后處理；Command:卩OST1GUI:MainMenuGeneralPostproc.POST26,可以對(duì)模型中特定點(diǎn)在所有載荷步（轅個(gè)瞬態(tài)過(guò)程）的結(jié)果進(jìn)行后處Command:POST26GUt:MainMenuTimeHistPostprocK用POST1進(jìn)行后處理進(jìn)入POST1后，可以讀出某一時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果；Com

59、inand:SETGUI:MainMenuGeneral卩oslpr0cReadResultsByTime/Freq如果設(shè)定的吋間點(diǎn)不在任何個(gè)子步的時(shí)間點(diǎn)上，ANSYS會(huì)進(jìn)行線性插值。此外邇可以讀出某一載荷步的結(jié)果：GUI;MainMenuGene!al卩ostprocReadResultsByLoadStep然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類(lèi)似的方法，對(duì)結(jié)果進(jìn)行彩色云圖昭示、矢量圖顯示、打印列表等后處理。2、用POST26進(jìn)行后處理-首先要定義變量：Command：NSOLorESOLorRFORCEGUI:MainMenuTimeHisiPoslprocDefineVariables然后就可以繪

60、制這些變量隨時(shí)間變化的曲線：Command:PLVARGUT;MainMenuTimeHistPostprocGraphVariables或列表輸出:Command：PRVARGUkMainMenuTimeHislPosiprocLisiVariables此外,POST26還提供許多Jt它功能，如對(duì)變最進(jìn)行數(shù)學(xué)操作等，請(qǐng)參閱ANSYSBasicAnalysisProceduresGuided四、相變問(wèn)題ANSYS熱分析最強(qiáng)大的功能之一就是可以分析相變問(wèn)題，例如凝固或熔化等。含有相變問(wèn)題的熱分析是個(gè)非線性的瞬態(tài)的問(wèn)題：相變問(wèn)題需要考慮熔融潛熱，即在相變過(guò)程吸收或釋放的熱量。ANSYS通過(guò)遲文材料