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1、QUSTn4. 瞬态传热分析1QUST4. 瞬态传热分析n瞬态传热分析的基本步骤与稳态热分析类似，主要 的区别是瞬态传热分析中的载荷是随时间变化的。 为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷时 间曲线分为载荷步。载荷时间曲线中的每一个拐 点为一个载荷步，如图3-9 所示。对于每一个载荷 步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷 步为Ramped 方式变化或Stepped 方式变化。n如果需要知道系统受随时间变化(或不变)的载荷和 边界条件时的响应，就需要进行“瞬态分析” 。2QUST4. 瞬态传热分析3QUST5. 瞬态传热分析nANSYS 缺省是渐进加载的。渐进加载可以提 高瞬态求解的适
2、应性，如果有非线性时可以 提高收敛性。4QUST5. 瞬态传热分析5QUST5. 瞬态传热分析n在瞬态分析中，载荷步和子步的定义与非线性稳态 分析十分类似。载荷定义的每个载荷步的终点，并 可以随时间阶跃或渐进的施加。n每个载荷步的求解是在子步上得到。子步长根据时 间积分步长得到。n 自动时间步 (ATS) 同样适用于瞬态分析，可以简化 ITS选择。nITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性 ( 如果存在)。6QUST均匀初始温度：如果整个模 型的初始温度为均匀且非0 ，使用下列菜单指定:21345. 瞬态传热分析7QUST非均匀的初始温度如果模型的初始温度分布 已知但不均匀，使用这些 菜
3、单将初始条件施加在特 定节点上213 545. 瞬态传热分析8QUST5. 瞬态传热分析nANSYS 瞬态传热分析的主要步骤n1.建立有限元模型n2.施加载荷并求解 n3.求解n4.查看分析结果 9QUSTn择分析类型n进行瞬态传热分析需要首先需要定义分析类型及其 相关选项。下面介绍分析类型及其选项的设定：n进行第一次分析或者重新进行分析n命令：ANTYPE,TRANSIENT,NEWnGUI：Main Menu Solution Analysis Type New Analysis Transientn延续上一次分析n命令：ANTYPE,TRANSIENT,RESTnGUI：Main Men
4、u Solution Analysis Type Restart10QUSTn定义瞬态传热分析的初始条件n瞬态传热分析的初始条件分为两种情况：其 一，初始温度场已知；其二，初始温度场未 知。11QUSTn已知初始温度场 n如果初始温度场是已知的，则定义过程比较简单， 定义过程如下：n1. 定义均匀温度场n命令：TUNIFnGUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Temperature Uniform Tempn如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节 点初始温度。12QUSTn2. 设定参考温度n命令：TREFnGUI：Ma
5、in Menu Solution Define Loads Settings Reference Tempn如果不在对话框中键入数据，则默认为参考 温度，参考温度的值默认为零。 13QUSTn3. 设置节点温度n命令：DnGUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Temperature On Nodes14QUSTn3. 设定非均匀的初始温度n命令：ICnGUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Initial Conditn Definen在瞬态传热分析中，节点温度可以通过此项 设定为不同的值
6、。 15QUSTn初始温度场未知 n如果初始温度场是不均匀的且又是未知的， 就必须首先作稳态热分析确定初始条件，下 面介绍分析选项的设定：n1）施加载荷（如已知的温度、热对流等）n2）关闭时间积分n命令：TIMINT, OFFnGUI：Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequenc Time Integration16QUSTn设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例 如0.001）n命令：TIMEnGUI：Main Menu Solution Analysis Type Soln Controls basicn4）写入载荷步文件n命令：LS
7、WRITEnGUI：Main Menu Solution Load Step Opts Write LS Filen或先求解：nGUI：Main Menu Solution Solve Current LS 17QUSTn非线性选项常用选项如下：n）迭代次数选项选项n命令：NEQITnGUI：Main Menu Preprocessor Loads Load Step Opts Nonlinear Equilibrium Itern每个子步默认的次数为25，这对大多数非线 性热分析已经足够。18QUSTn自动时间步长选项n命令：AUTOTSnGUI：Main Menu Solution Ana
8、lysis Type Soln Controlsn打开后求解过程中将自动调整时间步长。 19QUSTn时间积分选项n命令：TIMINTnGUI：Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequenc Time Integrationn如果将此选项设定为OFF，将进行稳态热分 析。 20QUSTn求解n命令：SOLVEnGUI：Main Menu Solution Current LS21QUSTPOST1 后处理n读入结果数据n命令：SETnGUI：Main Menu General Postproc Read Results By Time/Freqn
9、进入POST1 后，可以读出某一时间点的结果。如果 设定的时间点不在任何一个子步的时间点上， ANSYS 会进行线性插值。n此外还可以读出某一载荷步的结果：nGUI：Main Menu General Postproc Read Results By Load Step22QUSTn3.3 瞬态传热分析实例 1. 问题描述k实例类型：ANSYS结构分析。k分析类型：瞬态传热分析。k单元类型：PLANE55kANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操 作；定义比热容；施加瞬态热载荷；设置瞬态热 载荷分析选项；显示模型温度等值线图；显示节 点温度随时间变化曲线。 23QUST24QUSTn长方形
10、的板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示。板的宽度为5cm，其中间有一个半径 为1cm 的圆孔。板的初始温度为20，将其 右侧突然置于温度为20且对流换热系数为 100W/M2的流体中，左端置于温度为 500的温度场，试计算：n（1）第1s 和第50s板内的温度分布情况。n（2）整个板在前50s内的温度变化过程。n（3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线。 25QUSTn2.建立有限元模型k首先建立瞬态传热分析所需的有限元模型 k选择单元. (1) 选择热分析单元，操作如下：kGUI：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Deletek 在弹
11、出的对话框中，单击Add。在单元类型 库对话框中选择Plane55单元。单击OK。k命令：ET,1,PLANE5526QUSTn(2) 定义材料属性k首先进入Define Material Model Behavior 对话框，操作如下：kGUI：Main Menu Preprocessor Material Props下面定义瞬态热分析所需的材料参数， 如热传导率、比热容及材料密度：27QUSTn定义热传导率k GUI：Main Menu Preprocessor Material Props Thermal Conductivity Isotropick 在弹出的定义材料热传导率对话框中的
12、KXX 栏 键入“5”。k 命令：MPDATA,KXX,1,528QUSTn定义比热容k GUI：Main Menu Preprocessor Material Props Thermal Specific Heatk 在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入 “200”。k 命令：MPDATA,C,1,200 29QUSTn定义密度k GUI：Main Menu Preprocessor Material Props Thermal Densityk 在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入 “5000”。k 命令：MPDATA,DENS,1,5000材料属性定义完毕.30QUSTn(3)建立实体
13、模型k 根据本例所用模型，首先需要创建矩形，然后 是圆，最后在矩形板中央减去（Substract）圆。 下面介绍建立实体模型的操作：k 创建矩形k 命令：RECTNG,0,0.15,0,0.05,31QUSTn创建圆面k 其操作如下：k GUI：Main Menu Preprocessor Modeling Create Circle By dimensionsk 在弹出对话框中，单击OK得到圆面。k 命令：CYL4, 0.075, 0.025, 0.01 32QUSTn相减k根据ANSYS建模过程中面序号赋值原理， 直接可以肯定圆面序号为2，矩形序号为1 ，因此采用直接键入命令建实体模型：k
14、命令：asba,1,233QUSTn(4) 设定网格尺寸并划分网格下面介绍网格尺寸的设定（SmartSize 方式 ）： k设定网格尺寸参数并划分网格,通过 SmartSize控制网格密度，操作如下：kGUI：Main Menu Preprocessor Meshing MeshToolk选择SmartSize=3。单击Mesh。单击拾取 对话框中Pick All按钮。得到网格图。34QUSTk命令：SMRT, 3kAMESH,Allk保存数据库,其操作如下：kGUI：Toolbar SAVE-DBk命令：SAVE35QUSTn4.施加载荷并求解k 求解之前首先要选择分析类型，然后定 义边界条
15、件及其载荷步选项，最后计算。 首先选择分析类型。 (1) 选择分析类型k 选择Transient分析，操作如下：36QUSTkGUI：Main Menu Preprocessor Loads Analysis Type New Analysisk选择Transient 分析，单击OK。采用 ANSYS默认设置，在弹出的子对话框中单 击OK。k命令：ANTYPE,4kTRNOPT,FULLkLUMPM,037QUSTn(2)定义初始条件k板的初始温度为20，设置初始温度操 作如下：kGUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Initial Conditn Definek在弹出的拾取对话框中，单击Pick All。 弹出Define Initial Conditions对话框， k命令：IC,All,TEMP,20,38QUSTn(3)定义热约束k 瞬态传热分析中的载荷是随着时间发 生变化的。对于每一个载荷步都需要指明 载荷值及时间值，k还需要指定载荷步选项，如加载方式是 Ramped方式还是Stepped方式。39QUSTn需要施加流体载荷和板的传热载荷。首 先定义对流载荷。 定义对流边界k为了便于设定对流边界，首
