H口TM口LDac口M 第3章 稳态热分析 31稳态热分析的应用 工程上,很多设备在稳定运行时处亍稳态传热状态。此外,在进行瞬态热分析以前 通常需通过稳态热分析来确定初始温度分布;同时,对于一个从瞬态逐渐过渡到稳态的传 热问题,应将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步工作,用以确定系统在稳态时所处的 状态。 ANSYS稳忞热分析可以通过计算来确定由稳定的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、 热流密度等参数。 32稳态热分析单元 ANSYS稳态热分析共提供了约四十种单元,其中包括辐射单元、对流单元、特殊 单元以及前面所介绍的耦合场单元等。这里着重介绍最为常用的2维平面和3维实体单 PLANE35 维度;2-D 节点数:6 自由度:温度 PLANE55 维度:2-D 节点数:4 自由度:温度 PLANE75 维度:2D 节点数:4 白出度:温度
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d·H口TM口LDc口M 热写电学阁 PLANE77 维度:2-D 节点数:8 自由度:温度 注意《适合于模拟曲面边界 PLANE78 维度:2-D 节点数:8 白由度:温度 SOLID70 维度:3D 节点数:8 白由度:温度 SOLID90 维度:3-D 节点数:20 白由度:温度 注意《适合于模拟曲面边界 SOLID87 维度:3-D 节点数:10 自由度:温度 注意《适合于不规则几何形状的网格划分 33稳态热分析公式 若用公式表述稳态热分析,则系统自身产生的热量加上流入系统的热量应等于流出系统 的热量,即q流λ十q-q=0。可见,热稳态系统的净热流率为0。在稳态热分析中,仟 节点的温度不随时间变化 稳态热分析的能垦平衡方程用矩阵形式表示为: [K]T}= 式中:[K]为传导矩阵,包含导热系数、对流系数及辐射奉和形状系数; 16
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。白M 第3章稳态热分析 {T}为节点温度向量 l}为节点热流率间量,包含热生成 ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件,生成[K]、{7}以 及 34稳态热分析基本步骤 ANSYS稳态热分析的基本步骤包括构建模型、施加载荷、求解与后处理。 3.41构建模型 模型的构建步骤如下所示: (1)确定作业名,标题与单位制 (2)进入PREP7前处理。 (3)设置单元类型,设定单儿选项,定义单元实常数: (4)设置材料属性 (5)创建几何模型井划分网格。 示( ANSYS中,作业名( jobname)与标题(ile)是两个不同的概念。作业名的后 缀为,db,作为数据库文件存放于磁盘文件夹中;而标题是指算例名称,并将显示在图形窗口 3.42施加载荷计算 (1)定义热分析类型 如前所述,常见的热分析类型有两种:稳态热分析与瞵态热分析。 如果进行新的稳态热分析,则点击 Main menu> Solution> Analysis Type>Ncw Analysis,将出现如图3-1所示的对话框、从中选择 Steady-Statc,并点Ok 按钮进行确认。 CRHTYPEa Tye of anal yasa o Steady state substructuring 图3-1热分析类型对话框 其对应的命令流形式如下 ANTYPE, STATC,NE或 ANIYPE,0,l三的 如果接着上面的计算继续稳态热分析,比如添加载荷等,则点击Main
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3的A时3yS程应度圈 HOTMOLD O口M 热与电学 menuSolution> Analysis Type>Restart 其对应的命令流形式如卜: (2)施加载荷 如第2.5节所述, ANSYS提供了5种,包括温度、热流率、对流、热 流密度和生热率 温度 命令流 GUI: Main Menu> Solution >Loads- apply>thermal- 热流率 命令流:F 1>Solution>loads-Apply>the 对流 命令流:SF GUI: Main Mcnu>Solution> ●热流密度 命令沉:F GCl: Main Menu>Solution>Loads-Apply>Thermal-Heat Flu 生热率 命令流:B GUI: Main Menu>Solution>Loads-Apply thermal-Heat Gcnerat 34.3求解 在对一个稳态热分析问题进行求解时,通常需要设定Time/ Frequenc选项、#线性选项 以及输出控制等载荷步选项。 Timc/ Frequenc选项 Time-Time Step:用于设置载荷步的时间 命令流:TIME Solution>-Load Step opts- Time/ Frequenc>Time-Time Step ● Time and Subsφps;确定铄载荷步中子步的数量戌时间步大小。点击 Main Menu> Solution>Load Step Opts >Time/Frequenc> Time and Substps, H 出现如图3-2所示的对话框 18
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H口 第3章稳态热分析 ta Opt Lan [TERER) Timw atap rirt Mated ss teifi tna petats 图3-2 Time and Substps选项对话框 图3-2中, Time at cnd of load stcp中填入的数值与 Time-Timc Step中设置的载 荷步时间是相冋的。 Time step size中填入的数值表示时间步长; Minium time step size与 Maxium time step slze中填入的数值分別表示最大吋间步和最小时间步其对应的命令 流为: DELTIM。 Ramped与 Stepped为两个单选项,如果选择 Stepped选项,则载荷值在这个 载荷步内保持不变:如宋为 ramped选项,则载荷值由上一载荷步值到本载荷 步值随每子步线性变化。其刈应的命令为KBC (2冫非线性选项 点击 Main menu> Solution>- Load Step Opts- Nonlinear,将出现如图3-3所示的 画面,在此处可设置各种非线性选项 图3-3非线性选项菜单 ● Equilibrium Iter:本选项设置紆一子步允许的最大的迭代次数,默认值为 25,对大数热分析问题足够。 命令流: NEQIT 19
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