Ansys热分析教程解析.ppt

第一章介绍 先决条件 热分析讲座的先决条件包括： 完成ANSYS第一部分的培训课程或具备相应的ANSYS经验。 理工科学士或具有相等程度的热传递知识。 综述：本培训教程相关章节的主要内容 第 1 章 － 介绍 第 2 章 － 基本概念 术语 符号和单位 热传递的类型 能量守恒定律 (热力学第一定律) 瞬态热传导的控制微分方程 有限元方法 有限元热分析的基本特征 如何使热传递分析包括非线性？ 什么时候需要定义比热和密度 与结构分析的比较 单元描述：功能和限制 例题 1－基本的热传递分析 章节内容概述 章节内容概述 章节内容概述 章节内容概述 章节内容概述 章节内容概述 相关的讲座和培训 其它信息来源 第2章 基本概念 热传导基础符号 下列符号在全文中的意义如下： 热传导基础ANSYS中标准单位 ( 英制 ) 温度 热流量 热传导率 密度 比热 对流换热系数 热流 温度梯度 内部热生成 oF BTU / hr BTU / ( hr - in - oF ) lbm / ( in3 ) BTU / ( lbm - oF ) BTU / ( hr - in2 - oF ) BTU / ( hr - in2 ) oF / in BTU / ( hr - in3 ) 热传导基础ANSYS中标准单位 ( 国际单位制 ) 温度 热流量 热传导率 密度 比热 对流换热系数 热流 温度梯度 内部热生成 oC ( or K ) Watts Watts/ ( m - oC ) Kg / ( m3 ) ( Watt-sec ) / ( Kg - oC) Watt/ ( m2 - oC ) Watt/ ( m2 ) oC / m Watt/ ( m3 ) 热传导基础ANSYS 中的标准单位 – 汇总 热传导基础热传递的类型 热传递有三种基本类型: 传导 - 两个良好接触的物体之间的能量交换或一个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。 对流 - 在物体和周围介质之间发生的热交换。 辐射 - 一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换。 在绝大多数情况下，我们分析的热传导问题都带有对流和/或辐射边界条件。 热传导基础传导 传导的热流由传导的傅立叶定律决定： 负号表示热沿梯度的反向流动 (例如, 热从高温部分流向低温部份) . 热传导基础对流 对流的热流由冷却的牛顿准则得出: 对流一般作为面边界条件施加 热传导基础辐射 从平面 i 到平面 j 的辐射热流由 施蒂芬-玻 斯曼定律得出： 在 ANSYS 中将辐射按平面现象处理 (即：体都假设为不透明的) 。 热传导基础热力学第一定律 能量守恒要求系统的能量改变与系统边界处传递的热和功数值相等。 能量守恒在一个短的时间增量下可以表示为方程形式： 将其应用到一个微元体上，就可以得到热传导的控制微分方程。 热传导基础控制微分方程 热传导的控制微分方程 热传导基础有限元方法 将控制微分方程转化为等效的积分形式 (参阅 ANSYS 理论手册第 6.1 节 ) 。 热传导基础有限元方法 ( 续 ) 将区域分解 (也称 “划分”) 为简单的形状; 2-D 模型中的四边形和/或三角形, 3-D 模型中的四面体，金字塔形或六面体。 热传导基础有限元方法 ( 续 ) 假设单元内温度变化可以用多项式表示。一般情况下，根据单元类型的不同，应当包含不同的一次项, 平方和混合的立方项。多项式假设保证了温度在单元内部和单元边界上都是连续的。 写出以单元节点温度为未知数的多项式： 热传导基础有限元热分析的基本特点 求解连续性 温度在一个单元内和单元边界上是连续的 (即，单值的) ； 温度剃度和热通量在一个单元内是连续的，在单元边界上是不连续的。 能量平衡在每个节点上都能够满足，因为基本方程就表示了节点能量平衡。 由于热传导的傅立叶定律用于推导基本方程并用于从单元温度梯度中求解单元热通量，因而自然得到满足。 热传导基础有限元热分析的基本特点 ( 续 ) 一般来说，稳态分析中网格上节点温度比实际温度要低。也就是说，如果加密网格，温度将增加，但加密到一定程度，结果将不显著增加 (也就是说, 结果达到收敛) 。 热传导基础有限元热分析的基本特点 ( 续 ) 引起温度奇异性的原因 整体求解的奇异性 在稳态分析中当有热量输入 (比如, 施加节点热流，热流，内部热源) 而无热流流出 (指定的节点温度，对流载荷等) ，稳态的温度将是无限大的。 等同于结构分析中的刚体位移。 温度梯度/热流奇异性 如果对点热源处的