ANSYS 热辐射实例教程

1、8-1,辐射例题 使用辐射矩阵单元的热沉分析,问题描述: 情况1 - 铝合金热沉底座 (1/2 对称模型) 承受热流载荷。叶片通过与空气的对流冷却。 情况2 - 在情况1上添加辐射效果，使用hidden方法生成的辐射矩阵。 情况3 - 在情况1上添加辐射效果，使用non-hidden 方法生成的辐射矩阵,ansys 情况2和情况3 的输入文件 见附录b,8-2,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,模型尺寸,8-3,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,指南: 热沉材料为铝合金，kxx = 8.5 btu/hr-in-f。 使用 bin 单位进行分析。 所有叶片的对流面其 h为常数。 使用带有附加

2、结点的surf151 单元施加对流。 热沉端面是绝热的,note: not all menus and 步骤s are detailed in the following pages,adiabatic,adiabatic,heat flux on base surface,8-4,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,热载荷: 热流入底座= 17 btu/hr-in2。 热沉顶端空气温度为 90 f。 叶片面上的换热系数为0.01 btu/hr-in2-f。 没有载荷的平面是绝热的。 附加假设: 这是开放系统，因此没有被叶片平面吸收的辐射将进入空间结点。 辐射只在叶片平面存在 (非绝热平面,8

3、-5,基本过程 情况 1- 热沉热分析 (无辐射)。 定义数值参数如下: base = .150 hgt = 1.0 ttop = 0.05 tbot = .150 fspc = .4 手工定义8个关键点和3个面。 镜象生成需要的模型。 使用quad plane55单元划分网格。 使用带有附加结点的surf151 单元划分叶片外表面。 施加热流，对流和温度载荷。 运行初始运算，不带辐射效果,note: use of scalar parameters is not required. it is demonstrated only as one of many possible methods

4、 of generating geometry,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-6,定义单元类型 plane55 和surf151, 设置关键选项,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-7,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,定义材料特性; 只需要kxx,8-8,定义参数用于生成关键点,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-9,画关键点。8个关键点可以用于生成3个面,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-10,用关键点生成的面,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-11,第一次镜象形成的图形,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-12,多次镜象形成的最终模型。带有颜色和号码的

5、绘制如下,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-13,单元图: plane55 quad 单元,注: 使用全局单元大小为0.045 英寸,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-14,平面效果单元划分的线，要施加对流载荷,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-15,将线上的结点分离以生成平面效果单元。 使用*get命令得到模型中最大结点号，指定名字为 “nn” 。 生成 “附加结点”; 指定结点号 “nn+1,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-16,指定缺省属性为类型2, surf151并生成带有附加结点的单元,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-17,绘制带有附加结点的 sur

6、f151 单元,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-18,绘制施加的载荷和边界条件: 对流和附加结点上的温度,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-19,绘制施加的载荷和边界条件: 热流,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-20,求解当前步。本求解只包括热流和对流载荷，辐射在后面施加,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-21,检查结果。 列出响应解。与输入的热比较,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-22,与输入的热比较 17 btu/hr-in2 * 2.2 in2 = 37.4 btu/hr,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-23,绘制热沉的温度场分布,辐射例题使用

7、辐射矩阵单元的热沉分析,8-24,基本过程 情况 2- 包括辐射效果; 辐射矩阵-hidden 方法。 进入前处理器。 定义新单元类型, link32。 在辐射面上分离结点。 生成 link32单元，检查方向。 定义空间结点。 使用辐射矩阵单元生成辐射矩阵，radheat.sub. 重新进入前处理器。 定义新单元类型, matrix50。 读入矩阵文件radheat.sub生成辐射单元。 在空间结点施加温度。 重新计算,注:不是所有菜单和步骤在后面详细说明,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-25,重新进入前处理器。定义单元类型3, link32。 划分网格之前，设置属性为type=3,辐

8、射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-26,将辐射面上的结点分离以生成覆盖的link32 单元。 生成link32 单元使用 esurf 命令。 生成空间结点，指定结点号为 “nn+2,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,注: 我们将平面效果单元的附加结点用做空间结点。使用两个结点我们可以分离各效果并更容易的分析对流和辐射的分布,8-27,检查覆盖网格的方向 打开单元坐标系绘制检查单元法线方向。 单元法线方向很重要因为它定义了辐射的方向 (观察方向,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-28,打开单元坐标系符号绘制 link32 单元,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-29,开始辐射矩

9、阵定义。 首先, 定义发射率,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-30,定义 “其他设置” 施蒂芬-波斯曼常数; 与分析的单位一致。 几何模型类型; 本题为2d。 指定空间结点的号码,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-31,写出辐射矩阵。 选择hidden方法求解本问题。 指定 sampling zones数目 (缺省为 20)。 指定生成的辐射矩阵文件名,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-32,重新进入前处理器。 定义超单元, matrix50 并设置关键选项,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-33,设置单元属性为 type= 4 读入超单元矩阵文件生成辐射单元。指定使

10、用的文件名,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-34,求解前删除或不选 link32 单元。 进入求解器。 设置分析选项。 指定 toffst合适数值, 本例为460 。 在空间结点上施加温度约束90 f,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-35,重新进入求解器。 现在包括了辐射效果，分析为非线性的,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-36,进入后处理器查看结果。 注意辐射的贡献和对流的贡献: 结点813 (nn+1) surf151单元的 “附加结点” 有对流载荷。 结点814 (nn+2) 空间结点用于辐射求解,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-37,包含辐射的热沉温度场

11、分布,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-38,基本步骤 情况 3- 包括辐射效果 - non-hidden 方法。 读入数据库 heatsink.db。 (注: 使用hidden方法生成辐射矩阵的相同网格可以在non-hidden 方法中使用。) 选择组成 “bay 1” 的线和线上的结点。同时选择空间结点。 进入辐射矩阵单元并指定发射率，施蒂芬-波斯曼常数，几何形状和空间结点，与 hidden 方法中所做的一样。 选择 non-hidden 方法进行分析。 写出辐射矩阵文件 bay1。 在所有六个bay和叶片顶部平面重复，生成7个辐射矩阵文件。 重新求解,注: 不是所有菜单和步骤在后面

12、都详细叙述,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-39,本图确认了包含在辐射矩阵中的平面，使用non-hidden 方法,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,叶片顶端平面 (在图中圈出) 要作为单独的辐射矩阵,8-40,绘制 bay 1中选择的图素,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-41,选择好bay 1的线后, 选择相连的结点和单元，包括空间结点,注: 这个选择过程在使用non-hidden方法时必须完成。 non-hidden方法可以用于本分析因为每个 bay 的平面只能相互见到,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-42,检查辐射矩阵的设置，指定空间结点号码,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-43,指定辐射矩阵文件名和non-hidden 方法. 重复这些步骤知道所有7个文件已经生成,辐射例题使用辐射矩阵单元的热沉分析,8-44,定义好新的单元类型, matrix5