plane55单元.doc

PLANE55单元性质： 2 维 4 节点热实体单元有效产品： MP ME PR PP EDPLANE55 单元说明PLANE55 可以作为平面单元或轴对称环单元，用于 2 维热传导分析。本单元有 4 个节点，每个节点只有一个自由度 温度。本单元适用于 2 维，稳态或瞬态热分析。本单元也可以考虑由常速流动的质量所输送的热流。如果包含热单元的模型还要用于结构分析，应该用等价的结构单元 (如 PLANE42) 替换本单元。具有中间节点的类似单元是 PLANE77。能够承受非轴对称载荷的轴对称单元是 PLANE75。存在一个选项，使本单元可以用多孔渗流介质来模拟非线性稳态流动。使用这一选项，热参数被解释为类似的流动参数。关于本单元的更多细节见 ANSYS 公司理论手册 中的 PLANE55。PLANE55 输入数据在图 55.1: PLANE55 单元几何 中给出了本单元的几何形状，节点位置和坐标系。单元输入数据包括 4 个节点以及正交异性材料特性。正交异性材料的方向与单元坐标系相同。单元坐标系的方向在 坐标系 中说明。对于稳态分析，忽略比热和密度。未输入的材料特性其默认值在 线性材料特性 中说明。单元载荷在 节点和单元载荷 中说明。对流换热或热流密度 (二者不能同时) 以及热辐射可以作为单元边界上的面载荷输入，如图 55.1: PLANE55 单元几何 中带圆圈数字所示。 生热率可以作为单元节点上的体载荷输入。如果输入了节点 I 处的生热率HG(I),但未给出其它节点处的生热率，则默认等于 HG(I)。 用 KEYOPT(8) 可以设置质量输送选项。使用这一选项时，实常数中必须输入速度 VX 和 VY (单元坐标系)。此外，必须给出入口边界的温度以确保解的稳定。有质量输送时，材料常数必须用比热 (C) 和密度 (DENS) 来代替焓 (ENTH)。 KEYOPT(9) = 1 可以设置非线性多孔渗流选项。对这一选项，温度被解释成压力，介质的渗透性能用材料性能 KXX 和 KYY 输入。DENS 和 VISC 为质量密度和流体粘度。关于性能 C 和 MU 的说明见 ANSYS 公司理论手册，它们用于计算渗透性系数 (忽略 Z 向作用）。用 D 命令输入的温度边条件解释为压力边条件。用 F 命令输入的热流边条件解释为质量流率 (质量/时间) 边条件。 在 PLANE55 输入汇总中给出了本单元输入数据的汇总。关于本单元输入数据的一般说明，见 单元输入。PLANE55 输入汇总节点 I, J, K, L自由度TEMP 实常数当 KEYOPT (8) 0 时，输入VX X 方向的质量输送速度；VY - Y方向的质量输送速度；材料性能KXX, KYY, DENS, C, ENTH, VISC, MU (VISC 和 MU 仅在 KEYOPT (9) = 1 时输入，当KEYOPT(8) = 1 或 2 时不使用 ENTH). 面载荷 对流换热或热流密度 (二者不同时) 和热辐射 -边 1 (J-I), 边2 (K-J), 边3 (L-K), 边4 (I-L) 体载荷 生热率 - HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)求解能力生死单元关键选项KEYOPT(1) 如何计算膜 (对流换热) 系数0 按平均膜温度 (TS + TB)/2 下计算膜系数；1 按单元表面温度 TS计算2 按流体体积温度 TB计算3 按温差 |TS - TB| 计算KEYOPT(3) 单元行为0 平面1 轴对称KEYOPT(4) 单元坐标系0- 单元坐标系平行于总体坐标系1-单元坐标系以单元的 I-J 边为基础KEYOPT(8) 质量传输作用0 没有质量传输；1- 质量传输速度为 VX 和 VY；2 与 1 类似，还输出质量输送热流。KEYOPT(9) 非线性流动选项0 标准热传输单元1- 非线性稳态流动分析单元 (温度自由度解释为压力)PLANE55 输出数据与单元有关的结果输出有两种形式： 包括在整个节点解中的节点位移。 附加的单元输出，见表 55.1 PLANE55 单元输出定义。对轴对称分析，侧面面积和热流密度都是对整个 360圆周的。对流热流以流出单元为正。施加的热流以流入单元为正。如果 KEYOPT(9) = 1，标准的热输出应解释为类似流动分析的输出。单元输出的方向平行于单元坐标系。在 结果输出 和 三角形、五面体形和四面体形单元 中给出了对于结果输出的一般说明。查看的方法见 ANSYS 基本分析指南。单元输出定义表使用如下标记:在名称列中的冒号 (：) 表示该项可以用分量名方法 ETABLE, ESOL 处理；O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示该项可用于结果文件。无论 O列或 R 列，Y 表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号 - 表示该项不可用。表55.1PLANE55 单元输出定义名称定 义OREL单元号YYNODES节点- I, J, K, LYYMAT材料号YYVOLU体积YYXC,YC结果输出点位置Y4HGEN生热率HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)Y-TG:X, Y, SUM单元中心处的温度梯度分量和矢量和YYTF:X, Y, SUM单元中心处的热流密度 (热流率/截面积) 分量和矢量和YYFACE侧面标记11AREA侧面面积11NODES侧面节点11HFILM侧面各节点的膜系数 (对流换热系数)1-TBULK侧面各节点的流体体积温度1-TAVG侧面平均温度11HEAT RATE对流造成的侧面热流率11HFAVG侧面的平均膜系数 (对流换热系数)-1TBAVG侧面平均体积温度-1HFLXAVG由输入热流造成的侧面每单位面积的热流率-1HEAT RATE/AREA对流造成的侧面每单位面积的热流率1-HFLUX侧面各节点的热流1-HEAT FLOW BY MASS TRANSPORT由质量输送造成的穿过边界的热流率2-PRESSURE GRAD压力总梯度及其 X 和 Y 分量3-MASS FLUX每单位横界面的质量热率3-FLUID VELOCITY流体总速度及其 X 和 Y 分量3-注解：1 如果输入了面载荷；2 如果 KEYOPT(8) = 2；3 如果 KEYOPT(9) = 1；4 只能用于单元中心并作为 *GET 命令的一项。表 55.2 PLANE55 输出项和序列号 列出了可以通过 ETABLE 命令,采用序列号方法输出的内容列表。更多信息见 ANSYS 基本分析指南 中 一般后处理 (POST1) 部分和本手册中关于 输出项和序列号表 部分。在 表 55.2 PLANE55 输出项和序列号 中使用如下标识符：Name 与 表 55.1: PLANE55 单元输出定义 中相同定义的输出量；Item 用于 ETABLE 命令的预先定义的输出项；FCn 单元第 n 条边的输出项的序列号。表55.2PLANE55 输出项和序列号输出量名称ETABLE 和 ESOL 命令输入ItemFC1FC2FC3FC4AREANMISC171319HFAVGNMISC281420TAVGNMISC391521TBAVGNMISC4101622HEAT RATENMISC5111723HFLXAVGNMISC6121824PLANE55 假设和限制单元不能有负的或零面积； 如图 55.1 PLANE55 单元几何 所示，本单元必须位于总体坐标的X-Y 平面中。对于轴对称问题，Y 轴必须是对称轴，结构模型必须在 +X 部分； 如果定义节点号 K 和 L 相同，可以形成三角形单元 (见 三角形、金字塔形和四面体单元)； 在各积分点处计算比热和焓，从而允许对剧烈的变化 (如熔化) 采用较粗的网格；如果需要将这一热单元替换为有表面应力的结构单元 PLANE42，热单元的方向应该使 IJ 边和/或者 KL 边为自由表面。单元的自由表面 (既不与其它单元相邻，又没有边界约束) 假设为绝热的；具有较小的积分时间步长和严重的表面热梯度的瞬态热问题要求该表面划分精细的网格。如果 KEY