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第六章熱分析 概念 本章練習(xí)穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬 包括 幾何模型組件 實體接觸熱載荷求解選項結(jié)果和后處理作業(yè)6 1本節(jié)描述的應(yīng)用一般都能在ANSYSDesignSpaceEntra或更高版本中使用 除了ANSYSStructural提示 在ANSYS熱分析的培訓(xùn)中包含了包括熱瞬態(tài)分析的高級分析 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)基礎(chǔ) 對于一個穩(wěn)態(tài)熱分析的模擬 溫度矩陣 T 通過下面的矩陣方程解得 假設(shè) 在穩(wěn)態(tài)分析中不考慮瞬態(tài)影響 K 可以是一個常量或是溫度的函數(shù) Q 可以是一個常量或是溫度的函數(shù) 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)基礎(chǔ) 上述方程基于傅里葉定律 固體內(nèi)部的熱流 Fourier sLaw 是 K 的基礎(chǔ) 熱通量 熱流率 以及對流在 Q 為邊界條件 對流被處理成邊界條件 雖然對流換熱系數(shù)可能與溫度相關(guān)在模擬時 記住這些假設(shè)對熱分析是很重要的 A 幾何模型 熱分析里所有實體類都被約束 體 面 線線實體的截面和軸向在DesignModeler中定義熱分析里不可以使用點質(zhì)量 PointMass 的特性殼體和線體假設(shè) 殼體 沒有厚度方向上的溫度梯度線體 沒有厚度變化 假設(shè)在截面上是一個常量溫度但在線實體的軸向仍有溫度變化 材料特性 ThermalConductivity在EngineeringData中輸入溫度相關(guān)的導(dǎo)熱性以表格形式輸入 若存在任何的溫度相關(guān)的材料特性 就將導(dǎo)致非線性求解 唯一需要的材料特性是導(dǎo)熱性 ThermalConductivity B 組件 實體接觸 對于結(jié)構(gòu)分析 接觸域是自動生成的 用于激活各部件間的熱傳導(dǎo) 組件 接觸區(qū)域 如果部件間初始就已經(jīng)接觸 那么就會出現(xiàn)熱傳導(dǎo) 如果部件間初始就沒有接觸 那么就不會發(fā)生熱傳導(dǎo) 見下面對pinball的解釋 總結(jié) Pinball區(qū)域決定了什么時候發(fā)生接觸 并且是自動定義的 同時還給了一個相對較小的值來適應(yīng)模型里的小間距 組件 接觸區(qū)域 如果接觸是Bonded 綁定的 或noseparation 無分離的 那么當(dāng)面出現(xiàn)在pinballradius內(nèi)時就會發(fā)生熱傳導(dǎo) 綠色實線表示 PinballRadius 右圖中 兩部件間的間距大于pinball區(qū)域 因此在這兩個部件間會發(fā)生熱傳導(dǎo) 組件 導(dǎo)熱率 默認(rèn)情況下 假設(shè)部件間是完美的熱接觸傳導(dǎo) 意味著界面上不會發(fā)生溫度降實際情況下 有些條件削弱了完美的熱接觸傳導(dǎo) 表面光滑度表面粗糙度氧化物包埋液接觸壓力表面溫度使用導(dǎo)電脂 接著 組件 導(dǎo)熱率 穿過接觸界面的熱流速 由接觸熱通量q決定 式中Tcontact是一個接觸節(jié)點上的溫度 Ttarget是對應(yīng)目標(biāo)節(jié)點上的溫度默認(rèn)情況下 基于模型中定義的最大材料導(dǎo)熱性KXX和整個幾何邊界框的對角線ASMDIAG TCC被賦以一個相對較大的值 這實質(zhì)上為部件間提供了一個完美接觸傳導(dǎo) 組件 導(dǎo)熱率 在ANSYSProfessional或更高版本 用戶可以為純罰函數(shù)和增廣拉格朗日方程定義一個有限熱接觸傳導(dǎo) TCC 在細(xì)節(jié)窗口 為每個接觸域指定TCC輸入值如果已知接觸熱阻 那么它的相反數(shù)除以接觸面積就可得到TCC值 在接觸界面上 可以像接觸熱阻一樣輸入接觸熱傳導(dǎo) 組件 點焊 Spotweld 點焊 提供了離散的熱傳導(dǎo)點 Spotweld在CAD軟件中進(jìn)行定義 目前只有DesignModeler和Unigraphics可用 T1 T2 C 熱載荷 熱流量 熱流速可以施加在點 邊或面上 它分布在多個選擇域上 它的單位是能量比上時間 energy time 完全絕熱 熱流量為0 可以刪除原來面上施加的邊界條件熱通量 熱通量只能施加在面上 二維情況時只能施加在邊上 它的單位是能量比上時間在除以面積 energy time area 熱生成 內(nèi)部熱生成只能施加在實體上它的單位是能量比上時間在除以體積 energy time volume 正的熱載荷會增加系統(tǒng)的能量 熱邊界條件 溫度 對流 輻射 至少應(yīng)存在一種類型的熱邊界條件 否則 如果熱量將源源不斷地輸入到系統(tǒng)中 穩(wěn)態(tài)時的溫度將會達(dá)到無窮大 另外 給定的溫度或?qū)α鬏d荷不能施加到已施加了某種熱載荷或熱邊界條件的表面上 完全絕熱條件將忽略其它的熱邊界條件給定溫度 給點 邊 面或體上指定一個溫度溫度是需要求解的自由度 熱邊界條件 對流 只能施加在面上 二維分析時只能施加在邊上 對流q由導(dǎo)熱膜系數(shù)h 面積A 以及表面溫度Tsurface與環(huán)境溫度Tambient的差值來定義 h 和 Tambient 是用戶指定的值導(dǎo)熱膜系數(shù)h可以是常量或是溫度的函數(shù) 熱邊界條件 與溫度相關(guān)的對流 為系數(shù)類型選擇Tabular Temperature 輸入對流換熱系數(shù) 溫度表格數(shù)據(jù)在細(xì)節(jié)窗口中 為h T 指定溫度的處理方式 熱邊界條件 幾種常見的對流系數(shù)可以從一個樣本文件中導(dǎo)入 新的對流系數(shù)可以保存在文件中 熱邊界條件 輻射 施加在面上 二維分析施加在邊上 式中 斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù) 放射率A 輻射面面積F 形狀系數(shù) 默認(rèn)是1 只針對環(huán)境輻射 不存在于面面之間 形狀系數(shù)假設(shè)為1 斯蒂芬一玻爾茲曼常數(shù)自動以工作單位制系統(tǒng)確定 D 求解選項 從Workbenchtoolbox插入Steady StateThermal將在projectschematic里建立一個SSThermalsystem SS熱分析 在Mechanical里 可以使用AnalysisSettings為熱分析設(shè)置求解選項 注意 第四章的靜態(tài)分析中的AnalysisDataManagement選項在這里也可以使用 求解模型 為了實現(xiàn)熱應(yīng)力求解 需要在求解時把結(jié)構(gòu)分析關(guān)聯(lián)到熱模型上 在StaticStructural中插入了一個importedload分支 并同時導(dǎo)入了施加的結(jié)構(gòu)載荷和約束 求解結(jié)構(gòu) E 結(jié)果和后處理 后處理可以處理各種結(jié)果 溫度熱通量反作用的熱流速用戶自定義結(jié)果模擬時 結(jié)果通常是在求解前指定 但也可以在求解結(jié)束后指定 搜索模型求解結(jié)果不需要在進(jìn)行一次模型的求解 溫度 溫度 溫度是標(biāo)量 沒有方向 熱通量 可以得到熱通量的等高線或矢量圖 熱通量q定義為可以指定TotalHeatFlux 整體熱通量 和DirectionalHeatFlux 方向熱通量 激活矢量顯示模式顯示熱通量的大小和方向 響應(yīng)熱流速