H口TM口LD.G口M 热与包密学 热空气上升 冷空下降 图2-2对流示意图 对流换热的基木计算式是作倾冷却公式: 流体被加热时 q-h(lw-Ii) 流体被冷却时 q=h(1-t) 式中,及t分别为壁面温度和流体温度。比例系数h为对流换热系数,它不仅取决于 流体的物性以及换热表面的形状与布置,而且还与流速有密切的关系 2.13辐射 与传导和对流不同,热辐射是通过电磁波的方式传递能量的过程。辐射不需要物体之间 的直接接触,也不需要任何中间介质 同-物体,温度不同时的热辐能力不一样,温度相同的不同物体的热辐射能力也不 样。同一温度下黑体的热辐射能力最强。黑体在单位时间内发出的热辐射热量由 Stefan- Boltzmann定律揭示 soT 式中:T——黑体的热力学温度; 黑体辐射常数 S—辐射表面积。 〈辑示《黑体又称绝对黑体,落在黑体上的能量能够全部被吸牧 切实际物体的辐射能力都小于冋漲度下的黑体。实际物体辐射量舶计算叮以采用 Stefan-Boltzmann定律的修形式 g称为实际物体辐射率,或称为黑度,它的数值处于0~1之间。 自然界巾的任何物体都在不断地向周围空间发射辐射能,并吸收来白空间其他物体的辐 射能。这种辐射和吸收过程的综合作用使形成了辐射换热过程 10
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HUM 第2章热分析基础知识 22热分析基本材料属性 用 ANSYS进行热分析时,需给出每一实体的材料属性。与热分析直接柑关的属性包 括:热传导率( Thermal Conductivity)、比热容( Spccific Heat)、焓( Enthalpy)、对流换热 系数( Convection film coefficient)、辐射系数( Emissivity)、生热率( Heat generation rate)。 21节已对热传导率、对流换热系数以及辐射系数的物理意义作了介绍,故本节重点介绍比热 容、焓、以及生热率这三种材料属性。 辑示《您可按GU1方式打开 ANSYS Main Menu>Preprocessor>Matcrial Props设置这些 属性。其中, Constant/Isotropic表示材料属性为常数,且各向同性; Constant/Orthotropic表示 材料属性为常数,且各向异性。Tε mp Dependent表示材料属性随温度变化 221比热容( Specific Heat) 比热容是指单位质量的物质每升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量,单位为J/(Kg℃) 通常,热量变化与温度变化的关系可表达为: Q=Cm△T 上式中,Q为热量,m为质量,△T为温度的变化(△T=Tx-T*)。C即为比热容。 如果发生柑变,上述关系式将不再成立。这是因为发生相变时,吸收或释放热量并不会 改变温度。 2.22焓( Enthalpy) 焓的定义式为 11-0+Py 式中,H为焓,U为内能, 分别为压力和温度。对于常压情况,上式又可表示 为 Q=ΔU+P△V 说明在常压条件下,焓的变化即热量的变化 223生热率( Heat Generation Rate) 生热率既可用作材料属性赋予材料,又可用作体载荷施加到单元上,用以模拟化学反 应生热或电流生热,其单位是单位体积的热流率 23三类边界条件 为了使得每一节点的热平衡方程具有唯解,需要附加一定的边界条件和初始条件,统 称为定解条件。 11
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,△ANy启烟鱼 H口TM口LD.G口M 热与电称学阁 231第一类边界条件 第一类边界条件是指物体边界上的温度函数为已知,用公式表示为 r=t 式中,『为物体边界,T为已知壁由温度(常数),f(xy.t)为已知温度函数(随时间位 置而变)。 232第二类边界条件 第二类边界条件是指物体边界上的热流您度q为已知,用公式表示为 1=g(x,y,1) 式中q为已知热流密度(常数) g(xy)为已知热流密度函数。 233第三类边界条件 第∷类边界条件是指与物体柑接触流体介质的温度T和换热系数α已知。用公式表 示为 CT kslr=a(T-T)Ir T和a可以是常数,也可以是随时间和位置而变化的函数 2.4初始条件 初始条件是指传热过程开始时物体在整个区域中所具有的温度为已知值,用公式表示 为 Tl40=7 或 T,:=(x,y) 式中,不为一已知常数,表示物体初温是均匀的 g(x,y)为已知函数,表示物体初温是非均匀的。 12
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4《了 第2章热分析基穗知识∵ 2.5热载荷 ANSYS共提供了五种载荷,可以施加在实体模型或单元模型上,包括:温度、热流率 对流、热流密度和生热率 25.1温度 作为第一类边界条件,施加于温度已知的边界上 252热流率 热流率( Heat Flow)是一种节点集中载荷,主要用于线单元模型。 〈尔〖如果温度与热流率同时施加在一节点上則 ANSYS读取温度值进行计算 253对流 对流( Convection)是一种面载荷,它施加于实体的外表面,用于计算流体与实体的热 交换 〈示《对流只能施加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LⅣNK34考 虑对流 254热流密度 热流密度,又称热通量( Heat Flux),单位为Wm2。热流密度是一种面载荷,表示通过 单位面积的热流率。当通过单位面积的热流率已知时,可在模型相应的外表面施加热流密度 若输入值为正,则表示热流流入单元;反之,则表示热流流出单元。 〈示《热流密度与对流可以施加在同一外表面,但 ANSYS仅读取最后施加的面载进行 算 2.55生热率 如223节所述,生热率既可用作材料属性,又可作为载荷施加在单元上。 13
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ANS8图应图字 H口TM口 LD. CON 热与电学商 26稳态与瞬态热分析 如果系统的温度场与时间无关,则称该系统处于稳定的热状态,简称稳态。如果系统的 温度场随时间发生变化,则称系统欠于瞬念 提示〖对于稳态和瞬态热分析问题,我们将在笫3章和第4章详细地讨论 14
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