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1、2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-1,ANSYS 热 分 析,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-2,目录,第一章 简介 一、热分析的目的 二、ANSYS的热分析 三、ANSYS热分析分类 四、耦合分析 第二章 基础知识 一、符号与单位 二、传热学经典理论回顾 三、热传递的方式 四、稳态传热 五、瞬态传热 六、线性与非线性 七、边界条
2、件、初始条件 八、热分析误差估计,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-3,目录 （续）,第三章 稳态传热分析 一、稳态传热的定义 二、热分析的单元 三、ANSYS稳态热分析的基本过程 练习 第四章 瞬态传热分析 一、瞬态传热分析的定义 二、瞬态热分析的单元及命令 三、ANSYS瞬态热分析的主要步骤 1、建模 2、加载求解 3、后处理 四、相变问题 练习,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5
3、XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-4,第一章 热 分 析 简 介,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-5,在完成本章学习后，我们应该对热分析的基本概念有所了解，并了解它的基本分类。,Module Objective,第一讲 热分析的目的 第二讲 ANSYS的热分析 第三讲 ANSYS 热分析分类 第四讲 耦合分析,Lesson Objectives,目标,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5
4、XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-6,热分析的目的,P-1. 热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。,Objective,Definition,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-7,ANSYS的热分析,P-2. ANSYS的热分析 在ANSYS/Multiphysics
5、、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能。 ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。,Objective,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-8,ANSYS的热分析分类,P-3. ANSYS的热分析分类 稳态传热：系统的温度
6、场不随时间变化 瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化,Objective,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-9,耦合分析,P-4.与热有关的耦合分析 热结构耦合 热流体耦合 热电耦合 热磁耦合 热电磁结构耦合等,Objective,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-10,第二章 基 础 知 识,2001年10月
7、1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-11,本章学习，我们简单介绍热分析的基础知识，以助于大家对以后的热分析有个大体概念。,Module Objective,第一讲、符号与单位 第二讲、传热学经典理论回顾 第三讲、热传递的方式 第四讲、稳态传热 第五讲、瞬态传热 第六讲、线性与非线性 第七讲、边界条件、初始条件 第八讲、热分析误差估计,Lesson Objectives,目标,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich
8、 Gao (011001),Them-12,第一讲、符号与单位,表征物体吸收的热量，为一个体系的内能与体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积之和,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-13,第二讲、传热学经典理论回顾,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-14,第三讲、热传递的方式,1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温
9、度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：qn=-k*(dT/dx)，式中qn为热流密度（W/m2），k为导热系数（W/m-），“-”表示热量流向温度降低的方向。 2、热对流 热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述： qn= h*(TS-TB)，式中h为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等）， TS为固体表面的温度， TB为周围流体的温度。,Definition,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Ha
10、ich Gao (011001),Them-15,第三讲、热传递的方式,3、热辐射 热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。物体温度越高，单位时间辐射的热量越多。热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐射无须任何介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。 在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬波尔兹曼方程来计算：q=A1F12(T14-T24)，式中q为热流率， 为辐射率（黑度）， 为斯蒂芬波尔兹曼常数，约为5.6710-8W/m2.K4，A1为辐射面1的面积，F12为由辐射面1到辐射面2的形状系数，
11、T1为辐射面1的绝对温度，T2为辐射面2的绝对温度。由上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。,Definition,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-16,第四讲、稳态传热,如果系统的净热流率为，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：q流入+q生成-q流出=0，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为（以矩阵形式表示） KT=Q 式中： K为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数； T为
12、节点温度向量； Q为节点热流率向量，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 、 T以及Q 。,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-17,第五讲、瞬态传热,瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）： C +KT=Q 式中: K为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；
13、C为比热矩阵,考虑系统内能的增加; T为节点温度向量； 为温度对时间的导数; Q为节点热流率向量，包含热生成。,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-18,第六讲、线性与非线性,如果有下列情况产生，则为非线性热分析： 、材料热性能随温度变化，如K(T),C(T)等； 、边界条件随温度变化，如h(T)等； 、含有非线性单元； 、考虑辐射传热 非线性热分析的热平衡矩阵方程为： C(T) +K(T)T=Q (T),Guidelines,2001年10月1日 20
14、18/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-19,第七讲、边界条件、初始条件,ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种： 温度; 热流率; 热流密度; 对流; 辐射; 绝热; 生热。,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-20,第八讲、热分析误差估计, 仅用于评估由于网格密度不够带来的误差； 仅适用于SOLID或SHELL的热单元（只有温度一个自由度）； 基于单元边
15、界的热流密度的不连续； 仅对一种材料、线性、稳态热分析有效； 使用自适应网格划分可以对误差进行控制。,Guidelines,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-21,第三章 稳态传热分析,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-22,本章学习，我们将介绍稳态传热分析的知识，以助于大家了解以后的稳态传热分析，并能对简单的问题进行求解。,Module Objective,第一讲、稳态传热的定义 第二讲、热分析的单元 第三讲、 ANSYS稳态热分析的基本过程 练习,Lesson Objectives,目标,2001年10月1日 2018/12/12,*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001),Them-23,第一讲、稳态传热的定义,稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。 稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数,De
