瞬态传热分析实例

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1、1,瞬态传热分析实例 ansys,2,4. 瞬态传热分析,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。 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” 。,3,4. 瞬态传热分析,4,5. 瞬态传热分析,ANSYS 缺省是渐进加载的。渐进加载可以提高瞬态求解的适应性，如果有非线性时可以

2、提高收敛性。,5,5. 瞬态传热分析,6,5. 瞬态传热分析,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。 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。 自动时间步 (ATS) 同样适用于瞬态分析，可以简化ITS选择。 ITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性 (如果存在)。,7,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:,2,1,3,4,5. 瞬态传热分析,8,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，使用这些菜单将初始条件施加在特定节点上,5. 瞬态传热分析,

3、9,5. 瞬态传热分析,ANSYS 瞬态传热分析的主要步骤 1.建立有限元模型 2.施加载荷并求解 3.求解 4.查看分析结果,10,择分析类型 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： 进行第一次分析或者重新进行分析 命令：ANTYPE,TRANSIENT,NEW GUI：Main Menu Solution Analysis Type New Analysis Transient 延续上一次分析 命令：ANTYPE,TRANSIENT,REST GUI：Main Menu Solution Analysis Type Restart,11,定义

4、瞬态传热分析的初始条件 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。,12,已知初始温度场 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： 1. 定义均匀温度场 命令：TUNIF GUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Temperature Uniform Temp 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。,13,2. 设定参考温度 命令：TREF GUI：Main Menu Solution Define Loads Settings Reference Tem

5、p 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。,14,3. 设置节点温度 命令：D GUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Temperature On Nodes,15,3. 设定非均匀的初始温度 命令：IC GUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Initial Conditn Define 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。,16,初始温度场未知 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

6、： 1）施加载荷（如已知的温度、热对流等） 2）关闭时间积分 命令：TIMINT, OFF GUI：Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequenc Time Integration,17,设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001） 命令：TIME GUI：Main Menu Solution Analysis Type Soln Controls basic 4）写入载荷步文件 命令：LSWRITE GUI：Main Menu Solution Load Step Opts Write LS File 或先求解： GUI：Main

7、 Menu Solution Solve Current LS,18,非线性选项常用选项如下： ）迭代次数选项选项 命令：NEQIT GUI：Main Menu Preprocessor Loads Load Step Opts Nonlinear Equilibrium Iter 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。,19,自动时间步长选项 命令：AUTOTS GUI：Main Menu Solution Analysis Type Soln Controls 打开后求解过程中将自动调整时间步长。,20,时间积分选项 命令：TIMINT GUI：Main Menu So

8、lution Load Step Opts Time/Frequenc Time Integration 如果将此选项设定为OFF，将进行稳态热分析。,21,求解 命令：SOLVE GUI：Main Menu Solution Current LS,22,POST1 后处理 读入结果数据 命令：SET GUI：Main Menu General Postproc Read Results By Time/Freq 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。 此外还可以读出某一载荷步的结果： GUI：Main Menu

9、General Postproc Read Results By Load Step,23,3.3 瞬态传热分析实例 1. 问题描述 实例类型：ANSYS结构分析。 分析类型：瞬态传热分析。 单元类型：PLANE55 ANSYS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。,24,25,长方形的板，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，

10、试计算： （1）第1s 和第50s板内的温度分布情况。 （2）整个板在前50s内的温度变化过程。 （3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线。,26,2.建立有限元模型 首先建立瞬态传热分析所需的有限元模型 选择单元. (1) 选择热分析单元，操作如下： GUI：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 在弹出的对话框中，单击Add。在单元类型库对话框中选择Plane55单元。单击OK。 命令：ET,1,PLANE55,27,(2) 定义材料属性 首先进入Define Material Model Behavior对话框，操作如下： G

11、UI：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：,28,定义热传导率 GUI：Main Menu Preprocessor Material Props Thermal Conductivity Isotropic 在弹出的定义材料热传导率对话框中的KXX 栏键入“5”。 命令：MPDATA,KXX,1,5,29,定义比热容 GUI：Main Menu Preprocessor Material Props Thermal Specific Heat 在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入“200”

12、。 命令：MPDATA,C,1,200,30,定义密度 GUI：Main Menu Preprocessor Material Props Thermal Density 在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入“5000”。 命令：MPDATA,DENS,1,5000 材料属性定义完毕.,31,(3)建立实体模型 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： 创建矩形 命令：RECTNG,0,0.15,0,0.05,32,创建圆面 其操作如下： GUI：Main Menu Preprocessor Modeling C

13、reate Circle By dimensions 在弹出对话框中，单击OK得到圆面。 命令：CYL4, 0.075, 0.025, 0.01,33,相减 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： 命令：asba,1,2,34,(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）： 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： GUI：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool 选择SmartSize=3。单击Mesh。单击拾

14、取对话框中Pick All按钮。得到网格图。,35,命令：SMRT, 3 AMESH,All 保存数据库,其操作如下： GUI：Toolbar SAVE-DB 命令：SAVE,36,4.施加载荷并求解 求解之前首先要选择分析类型，然后定义边界条件及其载荷步选项，最后计算。首先选择分析类型。 (1) 选择分析类型 选择Transient分析，操作如下：,37,GUI：Main Menu Preprocessor Loads Analysis Type New Analysis 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。 命令：ANTYPE,4 T

15、RNOPT,FULL LUMPM,0,38,(2)定义初始条件 板的初始温度为20，设置初始温度操作如下： GUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Initial Conditn Define 在弹出的拾取对话框中，单击Pick All。弹出Define Initial Conditions对话框， 命令：IC,All,TEMP,20,39,(3)定义热约束 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， 还需要指定载荷步选项，如加载方式是Ramped方式还是Stepped方式。,40,需要施加流体载荷和板的传热

16、载荷。首先定义对流载荷。 定义对流边界 为了便于设定对流边界，首先显示边框图，操作如下： GUI：Utility Menu Plot lines 命令：LPLOT,41,定义对流载荷/边界首先进入Apply Conv on lines 对话框，操作如下： GUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Convection On Lines 在弹出对话框中，键入Film coefficient和Bulk Temperature值。 命令：SFL,L2,CONV,100, ,20,42,定义稳态热边界 在边线上定义稳态热边界，操作如下： GUI：Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Temperature On Lines 在弹出对话框中，键入边界温度为“500”。单击OK。 命令：DL,L4, ,TEMP,500,1,43,(4) 设置时间及时间步进参数 设定