ansys workbench培訓(xùn)教程第6章 熱分析_W

1、第6章 熱分析 穩(wěn)態(tài)熱分析 本章概覽 在本章中， 將講述如何在DS中進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析： 幾何模型和單元 接觸以及支持的裝配體類型 環(huán)境，包括載荷和約束 求解模型 結(jié)果和后處理Training ManualANSYS Workbench - Simulation 本部分講述的一些功能通常適用于 ANSYS DesignSpace Entra及更高級(jí)的licenses ， 但 ANSYS Structural license除外。 本章討論的某些選項(xiàng) 可能需要一些更高級(jí)的licenses，以后遇到時(shí)會(huì)提醒注意。 假定用戶在學(xué)習(xí)本章之前已經(jīng)看過了第1-3 章（第4-5章可以選看）July 3, 200

2、6Inventory #002022WS2-2穩(wěn)態(tài)熱分析 穩(wěn)態(tài)傳熱基礎(chǔ) 穩(wěn)態(tài)熱分析是用于研究結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)熱載荷下的熱響應(yīng)。溫度和熱流率通常是關(guān)心的量，雖然同時(shí)也能得到熱通量。 通用熱方程如下：C(T )T&+ K (T )T = Q(t,T )Training ManualANSYS Workbench - Simulation這里， t 是時(shí)間，T 是溫度矩陣， C 是比熱矩陣 （熱容） ， K 是熱傳導(dǎo)矩陣，Q 是熱流率載荷向量。 在穩(wěn)態(tài)熱分析中， 所有時(shí)間相關(guān)的項(xiàng)都不考慮， 但非線性現(xiàn)象還可能存在。K (T )T= Q(T )July 3, 2006Inventory #002022WS2

3、-3穩(wěn)態(tài)熱分析 穩(wěn)態(tài)傳熱基礎(chǔ) Training ManualANSYS Workbench - Simulation 對于一個(gè)DS中的穩(wěn)態(tài)熱分析， 溫度 T 是由如下的矩陣求解：K(T )T= Q(T )這就導(dǎo)致了如下的一些假設(shè)： 在穩(wěn)態(tài)熱分析中不考慮任何瞬態(tài)效應(yīng)； K 可以是常量或是溫度的函數(shù)； 每種材料屬性中都可輸入溫度相關(guān)的熱傳導(dǎo)率； Q 也可是常量或是溫度的函數(shù)； 在對流邊界條件中可以輸入溫度相關(guān)的對流傳熱膜系數(shù) July 3, 2006Inventory #002022WS2-4穩(wěn)態(tài)熱分析 穩(wěn)態(tài)傳熱基礎(chǔ) 上述方程的基礎(chǔ)是傅立葉定律（Fouriers Law）： 這意味在DS中求解的熱

4、分析是基于傳導(dǎo)方程。 固體內(nèi)部的熱流（Fouriers Law）是 K的基礎(chǔ)； 熱通量, 熱流率、以及對流 在Q中被認(rèn)為是邊界條件； 目前不考慮任何輻射； 目前不考慮任何時(shí)間相關(guān)的效應(yīng)。ANSYS Workbench - SimulationTraining Manual 傳熱分析與 CFD（Computational Fluid Dynamics）分析不同。 對流被處理成簡單的邊界條件，雖然對流傳熱膜系數(shù)有可能與溫度相關(guān) 如果需要分析共軛傳熱/流動(dòng)問題，則需要用 ANSYS CFD 。 在DS中進(jìn)行熱分析時(shí)，記住這些假設(shè)是很重要的。July 3, 2006Inventory #002022W

5、S2-5穩(wěn)態(tài)熱分析 A. 幾何模型 Training ManualANSYS Workbench - Simulation 在熱分析中，可以使用DS支持的大多數(shù)體素的類型。 所有支持熱分析的產(chǎn)品都支持實(shí)體和面。 對于面，必須在“Geometry”分支的“Details view of the Line”中輸入其厚度。 對于線， 只有 ANSYS Professional 及更高級(jí)licenses 支持。 線的截面和方向 在 DM 中定義， 并自動(dòng)導(dǎo)入到 DS中。雖然定義了線的截面和方向， 但這些信息僅對結(jié)構(gòu)分析有意義， 實(shí)際的熱桿單元（link單元） 將會(huì)有一個(gè)基于輸入屬性的 “有效” 的截面

6、。 對于線，不會(huì)輸出任何熱通量或熱通量矢量，僅能得到溫度結(jié)果ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace Entra/DesignSpace/ProfessionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-6穩(wěn)態(tài)熱分析 幾何模型 理解使用殼和線單元時(shí)的一些相關(guān)假設(shè)很重要：ANSYS Workbench - SimulationTraining Manual 對于殼， 不考慮沿殼厚度方向的溫度梯度。 殼體應(yīng)當(dāng)用于較薄的結(jié)構(gòu)，此時(shí)，假設(shè)殼的上下表面溫度相等才比較安全 表面的溫

7、度變化仍然要考慮，但不是厚度方向的。 對于線，不考慮截面上的厚度變化。線應(yīng)當(dāng)用于類似梁或桁 架的結(jié)構(gòu)，此時(shí)可認(rèn)為其截面上的溫度是常量。 沿著線方向的溫度變化仍然要考慮， 但不是沿著截面的。July 3, 2006ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace Entra/DesignSpace/ProfessionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxInventory #002022WS2-7 穩(wěn)態(tài)熱分析 使用的單元 在DS中， 可使用如下一些單元： 實(shí)體通常用10節(jié)點(diǎn)四面體單元或 20節(jié)點(diǎn)六面體單元?jiǎng)澐?SOLID87和 SOL

8、ID90 面通常用 4節(jié)點(diǎn) 四邊形殼單元?jiǎng)澐?SHELL57 使用實(shí)常數(shù) （SHELL131或SHELL132 目前已不使用） 線通常用 2節(jié)點(diǎn) 線單元?jiǎng)澐?LINK33 使用實(shí)常數(shù) LINK33 還需要DM中定義的等效截面積ANSYS Workbench - SimulationTraining Manual 對熱應(yīng)力分析，不使用耦合場單元。熱應(yīng)力分析順序進(jìn) 行，因此可使用上面的熱單元， 然后把溫度場讀進(jìn)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元中。July 3, 2006Advanced ANSYS DetailsInventory #002022WS2-8穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS Workbench - Simula

9、tion 材料屬性 Training Manual 唯一需要的材料屬性是導(dǎo)熱系數(shù)。 材料輸入在 “Engineering Data” 分支下，然后在 “Geometry”分支下指定每個(gè)part的材料。 導(dǎo)熱系數(shù) 作為材料屬性的一個(gè)子分支輸入。溫度相關(guān)的導(dǎo)熱系數(shù)可以 用表輸入。 比熱 同樣也可輸入， 但目前用不到。 其它的材料輸入在熱分析中用不到。July 3, 2006如果存在任何溫度相關(guān)的材料屬性，都將導(dǎo)致非線性求解。這是因?yàn)?，溫度是要求解的量，而材料又取決于溫度，因此求解不再是線性。 ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraxDesignSpac

10、exProfe ssionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxInventory #002022WS2-9穩(wěn)態(tài)熱分析 材料屬性 導(dǎo)熱系數(shù)用 MP命令輸入到ANSYS中。ANSYS Workbench - SimulationTraining Manual 對于溫度相關(guān)的導(dǎo)熱系數(shù)，可使用 MPTEMP 和 MPDATA 命令 雖然比熱可以在 “Engineering Data” 分支中定義，但目前用不到它，也不會(huì)傳到ANSYS中。 定義比熱時(shí)，沒有 MP,C 這樣的命令July 3, 2006Advanced ANSYS DetailsInventory #

11、002022WS2-10穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS Workbench - SimulationB. 裝配體 實(shí)體接觸 Training Manual 當(dāng)導(dǎo)入實(shí)體零件組成的裝配體時(shí)，實(shí)體間的接觸區(qū)將會(huì)被自動(dòng)創(chuàng) 建。 面面接觸允許實(shí)體零件間的邊界上不匹配的網(wǎng)格。ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpacexProfe ssiona lxStructuralMechanical/Multiphysicsx 接觸實(shí)現(xiàn)了裝配體中零件間的傳熱。Model shown is from a sample Inventor assembly.July

12、3, 2006Inventory #002022WS2-11穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 接觸區(qū) 在DS中，每個(gè)接觸區(qū)都用到接觸面和目標(biāo)面的概念。 接觸區(qū)的一側(cè)由接觸面組成，另一側(cè)由目標(biāo)面組成。 在接觸的法向上允許有接觸面和目標(biāo)面間的熱流。Training ManualANSYS Workbench - Simulation 當(dāng)一側(cè)為接觸面而另一側(cè)為目標(biāo)面時(shí)，稱為反對稱接觸。另一方面，如果兩側(cè)都被指定成接觸面或目標(biāo)面，則稱為對稱接觸。 但是，在熱分析中，指定哪一側(cè)是接觸面，哪一側(cè)是目標(biāo)面并不重要。 缺省時(shí)，DS對實(shí)體裝配體使用對稱接觸。對ANSYS Professional 及更高級(jí)licenses ，

13、用戶可在需要時(shí)改為反對稱接觸。 July 3, 2006ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpacexProfessionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxInventory #002022WS2-12穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 接觸區(qū) Training ManualANSYS Workbench - Simulation 正如前面的幻燈片所提到的，熱量在接觸區(qū)內(nèi)沿著接觸法向流動(dòng) 在接觸/目標(biāo) 界面中，不考慮熱量的擴(kuò)散。 在殼或?qū)嶓w單元內(nèi)的接觸面或目標(biāo)面上，由于傅立葉定律（ Fouriers Law）

14、，需考慮熱量擴(kuò)散 。 在接觸區(qū)內(nèi)，熱流僅在接觸的法向方向上進(jìn)行。 這就意味著，不管接觸區(qū)定義如何，只要接觸法向上有接觸單元，熱量就會(huì)流動(dòng)。In the figure on the left, the solid green double-arrows indicate heat flow within the contact region. Heat flow only occurs if a target surface is normal to a contact surface.The light, dotted green arrows indicate that no heat tr

15、ansfer will occur between parts.ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpacexProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-13穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 接觸區(qū) 在DS中， 存在不同的接觸行為： 通常， 接觸類型僅對結(jié)構(gòu)應(yīng)用有意義Training ManualANSYS Workbench - Simulation 如果零件初始有接觸，零件間就會(huì)發(fā)生傳熱，如果零件初始不接觸，零件間將不會(huì)互相

16、傳熱。 基于不同的接觸類型，將熱量是否會(huì)在接觸面和目標(biāo)面間傳遞總結(jié) 如下：Contact TypeHeat Transfer Between Parts in Contact Region?Initially TouchingInside Pinball RegionOutside Pinball RegionBondedYesYesNoNo SeparationYesYesNoRoughYesNoNoFrictionlessYesNoNo 接觸的 pinball 區(qū)域 由程序自動(dòng)定義并被設(shè)置一個(gè)相對較小的值， 以 調(diào)和模型中可能出現(xiàn)的小間隙。pinball 區(qū)域?qū)⒃谙乱粡埢脽羝杏懻?。ANS

17、YS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpacexProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-14穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 接觸區(qū) In this figure on the right, the gap between the two parts is bigger than the pinball region, so no heat transfer will occur between the parts pinball

18、區(qū)域可以在ANSYS Professional 及更高級(jí) licenses中輸入并看到。如果目標(biāo)節(jié)點(diǎn)落在pinball區(qū)域內(nèi)，并且接觸是綁定的或者無分離的，則將發(fā)生傳熱（綠色實(shí)線） 否則，節(jié)點(diǎn)間將不會(huì)發(fā)生傳熱（綠色虛線） Training ManualANSYS Workbench - SimulationPinball RadiusANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpaceProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022W

19、S2-15穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 熱傳導(dǎo) Training ManualANSYS Workbench - Simulation 缺省時(shí)，在裝配體的零件間會(huì)定義一個(gè)高的接觸導(dǎo)熱系數(shù)（TCC） 兩個(gè)零件間的熱流量由接觸熱通量 q定義：q = TCC (Ttarget- Tcontact )這里，Tcontact 是位于接觸法向上某接觸“節(jié)點(diǎn)”的溫度，Ttarget 是相應(yīng)的目標(biāo)“節(jié)點(diǎn)”的溫度。 缺省時(shí)，TCC根據(jù)設(shè)定的模型中的最大KXX值和裝配體總體外邊界 的對角線ASMDIAG， 被設(shè)為一個(gè)相對較“高”的值。TCC = KXX 10,000 / ASMDIAG這最終提供了零件間完全的傳熱。 ANS

20、YS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpacexProfessionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-16穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS Workbench - Simulation 裝配體 熱傳導(dǎo) Training Manual 理想的零件間的接觸傳熱系數(shù)假定在接觸界面上沒有溫度降。 但人們有可能想知道界面上的有限熱傳導(dǎo)。 接觸的兩個(gè)表面 （處于不同溫度）在穿過界面上有溫度降。這種下降是由于兩表面間的不良接觸產(chǎn)生的。這種不良接觸，以及由此產(chǎn)

21、生的有限熱傳導(dǎo)， 受到如下一些因素的影響：TTx 表面的平面度 表面磨光 氧化物 殘存流體 接觸壓力 表面溫度 導(dǎo)熱脂的使用July 3, 2006Inventory #002022WS2-17穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 熱傳導(dǎo) Training ManualANSYS Workbench - Simulation 在ANSYS Professional 及更高級(jí)的licenses 中， 用戶可以定義接觸傳熱系數(shù) (TCC) 每個(gè)接觸區(qū)都要在 “Details view”中輸入單位面積的接觸傳熱系數(shù)，如下所示： 若接觸熱阻已知，用接觸面積除以這個(gè)值，可得到TCC值。 當(dāng)做完這些操作后，現(xiàn)在接觸區(qū)域的接

22、觸面和目標(biāo)面間就會(huì)產(chǎn)生溫 度降了。If “Thermal Conductance” is left at “Program Chosen,” near- perfect thermal contact conductance will be defined.The user can change this to “Manual” to input finite thermal contact conductance instead, which is the same as including thermal contact resistance at a contact interface.

23、ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpaceProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-18穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 熱傳導(dǎo) 如果使用對稱接觸， 用戶并不需要考慮雙接觸熱阻。 正常輸入該值就行 MPC 綁定接觸允許完全接觸傳熱。 此時(shí)，由于使用了約束方程，就不需要定義或使用接觸熱傳導(dǎo)系數(shù)。 使用這種完美的接觸傳導(dǎo)，接觸 “節(jié)點(diǎn)” 以及相應(yīng)的目標(biāo) “節(jié)點(diǎn)” 將會(huì)有相同的溫度ANSYS LicenseAvailability

24、DesignSpace EntraDesignSpaceProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxTraining ManualANSYS Workbench - SimulationJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-19穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS Workbench - Simulation 裝配體 實(shí)體接觸 Training Manual 在程序內(nèi)部，實(shí)體表面的熱接觸是用 CONTA174 和TARGE170 單元定義的。 KEYOPT(1)=2 ，僅設(shè)置熱自由度 KEYOPT(12)， 基于使用的接觸類型

25、 例如，KEYOPT(12)=5是綁定接觸類型。KEYOPT(2)， KEYOPT(5)， KEYOPT(9)以及 FKN 也同時(shí)被設(shè)置。 這些接觸設(shè)置對結(jié)構(gòu)接觸非常關(guān)鍵，因此在第四章中概括了介紹了各種缺省設(shè)置。 缺省的熱接觸傳導(dǎo) (TCC) 是基于材料導(dǎo)熱系數(shù)的最高值以及總體幾何尺寸。 TCC=KXX*10,000/ASMDIAG KXX 是所使用材料的最高導(dǎo)熱系數(shù)值 ASMDIAG 是裝配體總體外邊界的對角線 July 3, 2006Advanced ANSYS DetailsInventory #002022WS2-20穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 面接觸 Training ManualANSYS

26、 Workbench - Simulation 對ANSYS Professional1 及更高級(jí) licenses ， 支持殼和實(shí)體的混合裝配體。 允許更復(fù)雜的裝配體模型，當(dāng)使用殼時(shí)能充分利用殼的優(yōu)點(diǎn)。ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpaceProfessionalx1StructuralMechanical/Multiphysicsx1 For ANSYS Professional, surface contact supported with ANSYS 8.0 Service Pack 1 and aboveJuly 3

27、, 2006Inventory #002022WS2-21穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 面接觸 邊接觸是通用接觸的一個(gè)子集。 對包含殼面或?qū)嶓w邊的接觸，只能設(shè)置為綁定或不分離類型。 對包含殼邊的接觸，只允許使用MPC算法的綁 定接觸行為。 對基于MPC的綁定接觸，用戶可以設(shè)置搜索方向(記錄多點(diǎn)約束的方向)以及目標(biāo)法向或者pinball 區(qū)。 如果存在間隙（這在殼裝配體中很常見），在搜索方向可使用pinball 區(qū)以檢測間隙外的接觸 MPC 可產(chǎn)生完全傳熱。ANSYS LicenseAvailabilityDe signSpace EntraDesignSpaceProfessionalx1Structu

28、ralMechanical/MultiphysicsxTraining ManualANSYS Workbench - SimulationJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-22穩(wěn)態(tài)熱分析 裝配體 面接觸 Training ManualANSYS Workbench - Simulation 在程序內(nèi)部， 任何包含邊(實(shí)體邊或面的邊線)的接觸都會(huì)導(dǎo)致反對稱接觸，邊使用CONTA175 ，邊/面使用 TARGE170。 對熱接觸，可設(shè)KEYOPT(1)=2，但無正式規(guī)定。 包含實(shí)體邊界的接觸缺省是純拉格朗日法 包含面邊界的接觸使用 MPC 算法，而不是“targe

29、t normal,” 如果搜索方向是 pinball 區(qū)，要把TARGE170單元的KEYOPT(5)設(shè)為4TARGE170 elementsCONTA175 elements 對綁定接觸 (缺省)，同時(shí)使用KEYOPT(12)=5以及KEYOPT(9)=1. 當(dāng)表面的面與其它面接觸時(shí)， 使用標(biāo)準(zhǔn)的面-面接觸，也就是CONTA174 and TARGE170July 3, 2006Advanced ANSYS DetailsInventory #002022WS2-23穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS Workbench 裝配體 點(diǎn)焊 Training Manual 點(diǎn)焊為連接的殼裝配體在離散點(diǎn)處傳熱提

30、供了一種方法。 雖然 ANSYS DesignSpace licenses 支持結(jié)構(gòu)分析點(diǎn)焊，但它不支持熱分析的點(diǎn)焊。 點(diǎn)焊的定義在CAD軟件中完成。 目前， 只有DM 和 Unigraphics 能定義DS支持的點(diǎn)焊。SSS- Simulation 點(diǎn)焊也能在DS中手動(dòng)創(chuàng)建， 但只能在離散定點(diǎn)處。ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraDesignSpace StructuralDesignSpaceProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxDesignModelerxPro/ENGINEER

31、UnigraphicsxSolidWorksInventorSolid EdgeMechanical DesktopCATIA V4CATIA V5ACIS (SAT)ParasolidIGESJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-24穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS Workbench - Simulation 裝配體 點(diǎn)焊 Training Manual 在程序內(nèi)部，點(diǎn)焊是作為一系列的 LINK33 單元?jiǎng)?chuàng)建的。一個(gè)點(diǎn)焊用一個(gè)link單元?jiǎng)?chuàng)建，并且點(diǎn)焊的上面和下面都與殼或?qū)嶓w單 元以“蜘蛛網(wǎng)”一樣的多個(gè)link相連接。 LINK33 單元與其下面的材料使用同樣的導(dǎo)熱系數(shù)，

32、但它有半徑5殼厚的圓形截面。 右圖顯示了兩組殼單元之間的兩個(gè)焊點(diǎn)，為看清將其透明化July 3, 2006Advanced ANSYS DetailsInventory #002022WS2-25穩(wěn)態(tài)熱分析 C. 載荷 在熱分析中有三種類型的載荷： 熱負(fù)荷： 這類載荷往系統(tǒng)中輸入能量 熱負(fù)荷可以用已知的熱流率或單位面積/體積上的熱流率輸入。 絕熱條件： 這是自然產(chǎn)生的邊界條件，此時(shí)沒有熱量從表面上流過。 熱邊界條件： 這些邊界條件的作用如同已知溫度條件下的熱源或匯ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraxDesignSpacexProfessiona

33、lxStructuralMechanical/Multiphysicsx 這些邊界條件可以是確定的溫度或已知環(huán)境溫度下的對流邊界條件 ANSYS Workbench - SimulationTraining ManualJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-26穩(wěn)態(tài)熱分析 熱負(fù)荷 熱流:Training ManualANSYS Workbench - Simulation 熱流率可以施加到點(diǎn)、邊、或表面上。當(dāng)有多次選擇時(shí)，載荷會(huì)分 布到這些選擇對象上。 熱流的單位是 能量/時(shí)間 (i.e., power). 熱通量: 熱通量只能施加到表面上。 熱通量的單位是： 能量

34、/時(shí)間/面積 (i.e., power/area) 內(nèi)部生成熱: 內(nèi)部熱生成速率只能施加到體上。 熱生成的單位是： 能量/時(shí)間/體積 ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraxDesignSpacexProfe ssionalxStructuralMechanical/Multiphysicsx正的熱負(fù)荷值將會(huì)向系統(tǒng)中添加能量。 而且，如果有多個(gè)載荷存在，其效果是累加的。 July 3, 2006Inventory #002022WS2-27穩(wěn)態(tài)熱分析 絕熱邊界 Training ManualANSYS Workbench - Simulation

35、完全絕熱： 完全絕熱條件施加到表面上； 可認(rèn)為是零熱流率加載 在熱分析中，當(dāng)不施加任何載荷時(shí)，它實(shí)際上是自然產(chǎn)生的邊界條件 通常，我們不需要給面上施加完全絕熱條件，因?yàn)檫@是一個(gè)規(guī)則表面的默認(rèn)狀態(tài)。 因此，這種加載通常用于刪除某個(gè)特定面上的載荷。例如，用戶可以先在所有面上施加熱通量或?qū)α鳎缓笥猛耆^熱條件選擇性地“刪除”某些面上的載荷（比如與其它零件相接觸的面等），此時(shí)要方便簡單得多。ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraxDesignSpacexProfe ssionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxJul

36、y 3, 2006Inventory #002022WS2-28穩(wěn)態(tài)熱分析 熱邊界條件 熱邊界條件呈現(xiàn)為一個(gè)已知的局部或“偏遠(yuǎn)”的溫度條件。 Training ManualANSYS Workbench - Simulation 至少應(yīng)存在一種類型的熱邊界條件，否則，如果熱量源源不斷地輸入到系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度將會(huì)達(dá)到無窮大。 另外，給定的溫度或?qū)α鬏d荷不能施加到已經(jīng)施加了某種熱負(fù)荷或熱邊界條件的表面上。 如果施加到已經(jīng)承受熱載荷的實(shí)體上，溫度邊界條件將忽略 完全絕熱條件將忽略其它的熱邊界條件 給定溫度: 強(qiáng)加溫度到點(diǎn)、線、或面上 溫度是求解的自由度，但這種熱邊界條件卻使選定的實(shí)體有固定的 溫

37、度值。ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraxDesignSpacexProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-29穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS Workbench - Simulation 熱邊界條件 Training Manual 對流： 只能施加到表面上 對流使“環(huán)境溫度”與表面溫度相關(guān)：q = hA(Tsurface - Tambient )這里，對流熱通量 q 與膜系數(shù) h,、表面積 A,、表面溫差 Tsurface 以及

38、環(huán)境溫度 Tbulk有關(guān)。 提供了一種簡化的考慮流體熱傳輸?shù)姆椒ā?“h” 和 “Tbulk” 是用戶輸入的值。 對流傳熱膜系數(shù) h 可以是常量或從文件中輸入（見下一張幻燈片）ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraxDesignSpacexProfe ssiona lxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-30穩(wěn)態(tài)熱分析 熱邊界條件 與溫度相關(guān)的對流條件 (續(xù)):Training ManualANSYS Workbench - Simulation 如果

39、膜系數(shù) h 是從文件中讀入，則它可能是常量，也可能是與溫度相關(guān)的值h(T). 選擇“ Engineering branch” 并使用 “Convection” 工具欄添加或創(chuàng)建新的對流文件 首先確定h(T) 使用什么樣的溫度，對溫度相關(guān)的膜系數(shù)，溫度可以是：Select the temperature- dependency from the pull-down menu 平均膜溫度 T=(Tsurface+Tbulk)/2 表面溫度 T= Tsurface 流體混合平均溫度（bulk） T= Tbulk 表面溫度與流體混合平均溫度的差 ANSYS LicenseAvailabilityDes

40、ignSpace EntraxDesignSpacexProfe ssionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxT=(Tsurface-Tbulk)July 3, 2006Inventory #002022WS2-31穩(wěn)態(tài)熱分析 熱邊界條件 與溫度相關(guān)的對流條件 (續(xù)):Training ManualANSYS Workbench - Simulation 溫度相關(guān)的類型選定后，用戶可以選擇目錄樹上的 “Film Coefficient vs. Temperature”分支，從表中輸入膜系數(shù)和溫度值。也可以畫圖顯示曲線 ，如下圖所示： 如果施加了任何溫度相

41、關(guān)的對流載荷，都將會(huì)導(dǎo)致非 線性求解，因?yàn)楸砻鏈囟仁且蠼獾牧?，而膜系?shù)h又是表面溫度的函數(shù)。 唯一的例外是：如果膜系數(shù)僅是流體混合平均溫度（ bulk temperature）的函數(shù)。在DS中， bulk temperature是常量，由用戶輸入，因此載荷不會(huì)是非線性的。 ANSYS LicenseAvailabilityDesignSpace EntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralMechanical/MultiphysicsxJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-32穩(wěn)態(tài)熱分析 ANSYS中的熱載荷 ANSYS中載荷

42、的內(nèi)部表示法： 邊或點(diǎn)的熱流是熱流率 (F,HEAT) 面上的熱通量或熱流是面載荷 (SF,HFLUX) 內(nèi)部生成熱作為體載荷施加 (BFE,HGEN) 給定溫度作為一種強(qiáng)制約束施加 (D,TEMP) 完全絕熱條件會(huì)刪除在DS中施加到那些面上的任何載荷 對流通過表面效應(yīng)單元SURF152 定義 流體混合平均溫度和膜系數(shù)也施加到表面效應(yīng)單元上(SF,CONV,film,bulk)Training ManualANSYS Workbench - Simulation 如果存在溫度相關(guān)的膜系數(shù)，它是由溫度相關(guān)的材料屬性HF定義的， (MPDATA,HF)。施加的膜系數(shù)值將是 “HF_number,”

43、 于是ANSYS便知道使用參考HF 材料屬性號(hào)。 KEYOPT(8) 被設(shè)置成與h(T)的溫度估計(jì)一致，例如，基于表面溫度估計(jì)h(T)July 3, 2006Advanced ANSYS DetailsInventory #002022WS2-33穩(wěn)態(tài)熱分析 熱載荷總結(jié) Training ManualANSYS Workbench - Simulation 對一些 structural 的用戶，提供一些結(jié)構(gòu)分析與熱分析的類比將會(huì)很有用。StructuralThermalNatural ConditionNo external forcePerfectly Insulated(No heat f

44、low rate)BoundaryConditionsDirectGiven DisplacementGiven TemperatureIndirectConvectionLoadDirectForceHeat FlowPer AreaPressureHeat FluxPer VolumeThermal ExpansionInternal Heat GenerationInertial LoadsAcceleration 這是一些沒有任何類比的載荷類型 對于像旋轉(zhuǎn)速度、加速度之類的慣性載荷，沒有熱當(dāng)量 對流邊界條件的類比是一個(gè)結(jié)構(gòu)分析中的“基礎(chǔ)剛度”支撐， 類似于接地彈簧July 3, 200

45、6Inventory #002022WS2-34穩(wěn)態(tài)熱分析 D. 求解選項(xiàng) 求解選項(xiàng)可以在“Solutions” 分支中設(shè)置： 如果設(shè)置了“Save ANSYS db” ，則將保存ANSYS 數(shù)據(jù)庫 如果想在ANSYS中打開數(shù)據(jù)庫，會(huì)很有用 在DS中可使用兩個(gè)求解器 缺省的求解器是程序自選的。在熱分析中， 用戶通常不需要改變求解器的類型。 在求解大模型時(shí)，“迭代” 求解器很有效， 而“直接” 求解器是更強(qiáng)大的求解器，可以處理任何情況。 改變?nèi)笔∏蠼馄髟凇癟ools Control Panel Solution Solver Type”下。ANSYS LicenseAvailabilityDes

46、ignSpace EntraxDesignSpacexProfe ssiona lxStructuralMechanical/Multiphysicsx “弱彈簧” 和“大變形”選項(xiàng)只對結(jié)構(gòu)分析有意義， 因此在熱分析時(shí)可以忽略。ANSYS Workbench - SimulationTraining ManualJuly 3, 2006Inventory #002022WS2-35穩(wěn)態(tài)熱分析 求解選項(xiàng) Informative settings 給用戶顯示了分析的狀態(tài): 對一個(gè)常規(guī)的熱分析， “Analysis Type”會(huì)被設(shè)置成 “Static Thermal.” 如果存在結(jié)構(gòu)支撐和結(jié)果， 則分析類型會(huì)變成 “Thermal Stress.” 如果有溫度相關(guān)的： (a) 材料屬性 (b) 對流傳熱膜系數(shù)， 則需要非線性求解。這意味著要達(dá)到熱平衡需要更多的內(nèi)部迭代。 求解器的工作路徑就是方程求解過程中scratch文件 保存的地方。 缺省時(shí)，將使用 Windows系統(tǒng)環(huán)境變量的臨時(shí)路徑， 雖然這也可以在 “Tools Control Panel Solution Solver Working D