ANSYS热分析详解

1、仅供个人参考For personal use only in study and research; not forcommercial use第一章简介一、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。二、ANSYS的热分析 在 ANSYS/Multiphysics 、 ANSYS/Mecha nical、 ANSYS/Thermal 、ANSYS/FLOTRAN 、ANSYS/ED 五 种产品 中包 含热分 析功能，其中 ANSYS/

2、FLOTRAN不含相变热分析。* 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。三、ANSYS热分析分类*稳态传热：系统的温度场不随时间变化*瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化四、耦合分析*热一结构耦合*热-流体耦合*热一电耦合* 热磁耦合*热电磁结构耦合等第章基础知识、符号与单位项目国际单位英制单位ANSYS代号长度mft时间ss质量Kglbm温度CoF力NIbf能量（热量）JBTU:功率（热流率）WBTU/sec热流密度W/

3、m 2BTU/sec-ft 2生热速率3W/m3BTU/sec-ft导热系数W/m- CBTU/sec-ft- oFKXX对流系数W/m2- CBTU/sec-ft 2-oFHF密度Kg/m 3lbm/ft 3DENS比热J/Kg- CBTU/lbm- oFC焓3J/m3BTU/ftENTH二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律：对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出 式中：Q热量；W 作功；U 系统内能；-KE系统动能；PE 系统势能；对于大多数工程传热问题：KE = PE = 0 ;通常考虑没有做功：W =0，则：Q = / U ;对于稳态热分析：Q=0，即流入系

4、统的热量等于流出的热量；dU对于瞬态热分析：q，即流入或流出的热传递速率q等于系统内能的变化。dt三、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度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：q - -k，式中q 为热流dx密度（W/m2）, k为导热系数（ W/m- C）, “ -”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：q：=：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

5、等），Ts为固体表面的温度，TB为周围流体的温度。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一波尔兹曼方程来计算： q - ；叭甩（!14 -丁24），式中q为热流率，；为辐射率（黑度），二为斯蒂芬波尔 兹曼常数，约为5.67 X 10-8W/m2.K4, Ai为辐射面1的面积，F12为由辐射面1至峙畐射面2的形状系数，T

6、1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。四、稳态传热如果系统的净热流率为0, 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）式中：I.K 1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为节点温度向量；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I.K 1、汁？以及d。五、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

7、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）：式中：l-K 1为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；C1为比热矩阵，考虑系统内能的增加；T为节点温度向量；T为温度对时间的导数；Q*为节点热流率向量，包含热生成。六、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，女口K（T）,C（T）等；h(T) 等; 、边界条件随温度变化，如 、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:七、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

8、度、热流率、热流密度、 对流、辐射、绝热、生热。八、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。不得用于商业用途第三章稳态传热分析一、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、热流密度等参数热分析的单元热分析涉及到的单元有大约40种，其中纯粹用于热分析的

9、有14种:线性:LINK32两维二节点热传导单元LINK33LINK34LINK31 二维实体： PLANE55PLANE77PLANE35PLANE75PLANE78三维实体SOLID87SOLID70SOLID90壳SHELL57点MASS71三维二节点热传导单元 二节点热对流单元 二节点热辐射单元 四节点四边形单元 八节点四边形单元 三节点三角形单元 四节点轴对称单元 八节点轴对称单元 六节点四面体单元 八节点六面体单元 二十节点六面体单元 四节点有关单元的详细解释，请参阅ANSYS Eleme nt Refere nee Guide三、ANSYS稳态热分析的基本过程ANSYS热分析可分

10、为三个步骤：*前处理：建模*求解：施加载荷计算*后处理：查看结果1、建模 、确定 job name、 title、 unit ； 、进入 PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； 、定义单元实常数； 、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可以是恒定的，也可以随温度变化； 、创建几何模型并划分网格，请参阅ANSYS Modeli ng and Meshi ng Guide 。仅供个人参考2、施加载荷计算 、 定义分析类型如果进行新的热分析：Command: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menuSolution-Analysis Type-

11、New AnalysisSteady-state如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menuSolutionAnalysis Type-Restart、 施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷 （ 边界条件 ） ：a、恒定的温度通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。Command Family:DGUI ： Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Temperatureb 、热流率热流率作为节点集中载荷， 主要用于 线单元 模型中 （ 通常线单元模型不能施加对

12、流或热流密度载荷），如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS 读取温度值进行计算。注意 ：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元要密一些， 在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时，尤其要注意。此 外，尽可能使用热生成或热流密度边界条件，这样结果会更精确些。Command Family: FGUI ： Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat Flowc 、对流对流边界条件作为面载施加于实体的外表面，计算与流体的热交换，它仅可施 加于实体和壳模型上，对于线模型

13、，可以通过对流线单元 LINK34 考虑对流。Command Family: SFGUI ： Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Convectiond 、热流密度CFD热流密度也是一种面载。当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRAN计算得到时，可以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入的值为正，代表热 流流入单元。热流密度也仅适用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在同一 外表面，但 ANSYS 仅读取最后施加的面载进行计算。Command Family: FGUI ： Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal

14、-Heat Fluxe、生热率生热率作为体载施加于单元上，可以模拟化学反应生热或电流生热。它的单位 是单位体积的热流率。Command Family: BFGUI ： Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat Generat、确定载荷步选项对于一个热分析，可以确定普通选项、非线性选项以及输出控制。a. 普通选项不得用于商业用途仅供个人参考时间选项：虽然对于稳态热分析，时间选项并没有实际的物理意义，但它提供了 一个方便的设置载荷步和载荷子步的方法。Command: TIMEGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Ti

15、me/FrequencTime-Time Step/Time and Substps每载荷步中子步的数量或时间步大小：对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。Command: NSUBSTGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime and SubstpsCommand: DELTIMGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step*递进或阶越选项：如果定义阶越(stepped)选项，载荷值在这个载荷步内保持不变；如果为递进(ramped)选项，则

16、载荷值由上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线 性变化。Command: KBCGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and Substpsb. 非线性选项迭代次数：本选项设置每一子步允许的最多的迭代次数。默认值为25，对大数热分析问题足够。Command: NEQITGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearEquilibrium Iter自动时间步长：对于非线性问题，可以自动设定子步间载荷的增长，保证求解的 稳定性和准确性。Command:

17、 AUTOTSGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and Substps收敛误差：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。Command: CNVTOLGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearConvergence Crit求解结束选项：如果在规定的迭代次数内，达不到收敛，ANSYS可以停止求解或到下一载荷步继续求解。Command: NCNVGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearCr

18、iteria to Stop 线性搜索：设置本选项可使ANSYS用Newton-Raphson 方法进行线性搜索。Command: LNSRCHGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearLine Search预测矫正：本选项可激活每一子步第一次迭代对自由度求解的预测矫正。Command: PREDGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearPredictorc. 输出控制控制打印输出：本选项可将任何结果数据输出到*.out文件中。Command: OUTPRGUI: Main MenuSoluti

19、on-Load Step Opts-Output CtrlsSolu Printout*控制结果文件：控制*.rth的内容。Command: OUTRESGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Output CtrlsDB/Results File 、确定分析选项a. Newt on-Raphson 选项(仅对非线性分析有用)Command: NROPTGUI: Main MenuSolutionAnalysis Optionsb. 选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解： Fron tal solver(默认) Jacobi Conjugate Gra

20、die nt(JCG) solver JCG out-of-memory solver In complete Cholesky Conjugate Gradie nt(ICCG) solver Pre-Co nditio ned Conjugate Gradie nt Solver(PCG) Iterative(automatic solver select ion opti on)Command: EQSLVGUI: Main MenuSolutionAnalysis Options注意：热分析可选用Iterative选项进行快速求解，但如下情况除外： 热分析包含 SURF19或SURF2

21、2或超单元；*热辐射分析；*相变分析* 需要 restart an analysisc. 确定绝对零度：在进行热辐射分析时，要将目前的温度值换算为绝对温度。如果460。使用的温度单位是摄氏度，此值应设定为273 ;如果使用的是华氏度，则为Command: TOFFSTGUI: Main MenuSolutionAnalysis Options 、保存模型：点击ANSYS工具条 SAVE_DB 。 、求解Command: SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS3、后处理ANSYS将热分析的结果写入*.rth文件中，它包含如下数据：基本数据：*节点温度导出数据：

22、节点及单元的热流密度*节点及单元的热梯度单元热流率节点的反作用热流率*其它对于稳态热分析，可以使用POST1进行后处理，关于后处理的完整描述，可参阅ANSYS Basic Analysis Procedures Guide 。进入POST1后，读入载荷步和子步：Command: SETGUI: Main MenuGeneral Postproc-Read Results-By Load Step可以通过如下三种方式查看结果：* 彩色云图显示Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB 等GUI: Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsNod

23、al Solu, Element Solu, Elem Table4 矢量图显示Command: PLVECTGUI: Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsPre-defined or Userdefined4 列表显示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL 等GUI: Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solu, Element Solu, Reaction Solu 详细过程请参阅ANSYS Basic An alysis Procedures Guide 实例1：某一潜水艇可

24、以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为 玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分 布。几何参数：筒外径30feet总壁厚2inch不锈钢层壁厚0.75 i nch玻纤层壁厚1inch铝层壁厚0.25 i nch筒长200 feet导热系数不锈钢8.27 BTU/hr.ft. F玻纤0.028BTU/hr.ft. oF铝117.4BTU/hr.ft.oF边界条件空气温度70 oF海水温度o44.5 F空气对流系数2.5 BTU/hr.ft2 o.F海水对流系数80 BTU/hr.ft2.oF沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析

25、，如图示。以下分别列出log文件和菜单文件。/filen ame, Steady1/title, Steady-state thermal an alysis of submari ne/units, BFTRo=15!外径(ft)Rss=15-(0.75/12)Rin s=15-(1.75/12)Ral=15-(2/12)Tair=70!不锈钢层内径ft)!玻璃纤维层内径(ft)!铝层内径(ft)!潜水艇内空气温度Tsea=44.5!海水温度Kss=8.27!不锈钢的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Kin s=0.028!玻璃纤维的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Kal=117.4!

26、铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)不得用于商业用途仅供个人参考Hair=2.5 Hsea=80 /prep7 et,1,plane55 mp,kxx,1,Kss mp,kxx,2,Kins mp,kxx,3,Kal pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5 pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5 pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5 aglue,all numcmp,area lesize,1,16 lesize,4,4 lesize,14,5 lesize,16,2 eshape,2 mat,1 amesh,1 mat,2 amesh,2 mat,3 amesh,3

27、 /SOLU!空气的对流系数!海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)(BTU/hr.ft2.oF)!定义二维热单元!设定不锈钢的导热系数!设定玻璃纤维的导热系数!设定铝的导热系数!创建几何模型!设定划分网格密度!设定为映射网格划分SFL,11,CONV ,HAIR,TAIR ! 施加空气对流边界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA ! 施加海水对流边界SOLVE/POST1PLNSOL ！输出温度彩色云图finish菜单操作 :1. U tility MenuFilechange jobename, 输入 Steady1 ；2. U tility MenuFilechange tit

28、le, 输入 Steady-state thermal analysis of submarine；3. 在 命令行输入 :/units, BFT ；4. Main Menu: Preprocessor；5. Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete, 选择 PLANE55 ；6. Main Menu: PreprocessorMaterial Prop-Constant-Isotropic, 默认材料编号为 1,在 KXX 框中 输入8.27，选择APPLY,输入材料编号为2,在KXX框中输入0.028，选择APPLY,输入材料编

29、号为 3,在 KXX 框中输入 117.4；7. Main Menu: Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleBy Dimensions ,在 RAD1 中输 入 15,在 RAD2 中输入 15-(.75/12),在 THERA1 中输入-0.5,在 THERA2 中输入 0.5,选择APPLY,在 RAD1 中输入 15-(.75/12),在 RAD2 中输入 15-(1.75/12),选择 APPLY,在 RAD1 中 输入 15-(1.75/12),在 RAD2 中输入 15-2/12,选择 OK；不得用于商业用途8. Main Menu:

30、Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,选择 PICK ALL ;9. M ain Menu: Preprocessor-Meshing-Size Contrls-Lines-Picked Lines,选择不锈钢层短边，在NDIV框中输入4,选择APPLY,选择玻璃纤维层的短边，在NDIV框中输入5,选择APPLY, 选择铝层的短边，在NDIV框中输入2,选择APPLY，选择四个长边，在NDIV中输入16；10. Ma in Me nu: Preprocessor-Attributes-Defi nePicked Area, 选择不锈钢层

31、，在 MAT 框中输入1,选择APPLY,选择玻璃纤维层，在MAT框中输入2,选择APPLY，选择铝层，在MAT框中输 入3,选择OK ；11. Main Menu: Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3 or 4 sided,选择 PICK ALL ；12. Ma in Me nu: Solutio n-Loads-Apply-Thermal-Co nvectio nOnlin es,选择不锈钢外壁，在VALI框中输入80,在VAL2I框中输入44.5,选择APPLY，选择铝层内壁，在VALI框中输入2.5，在 VAL2I框中输入 70,选择OK ；

32、13. Main Menu: Solution-Solve-Current LS ；14. Main Me nu: Ge neral PostprocPlot Results-Co ntour Plot-Nodal Solu, 选择 Temperature。实例2一圆筒形的罐有一接管，罐外径为3英尺，壁厚为0.2英尺，接管外径为0.5英尺，壁厚 为0.1英尺，罐与接管的轴线垂直且接管远离罐的端部。如图所示：罐内流体温度为华氏450度,与罐壁的对流换热系数年为250BUT/hr-ft 2-F,接管内流体的温度为华氏100度，与管壁的对流换热系数随管壁温度而变。接管与罐为同一种材料，它 的热物理性

33、能如下表所示：温度70200300400500oF密度0.2850.2850.2850.2850.285lb m/in3导热系数8.358.909.35；9.810.23Btu/hr-ft- oF比热0.1130.1170.1190.1220.125oBtu/lbm- F对流系数*426405352275221Btu/hr-ft 2-oF*接管内壁对流系数求罐与接管的温度分布。以下分别列出LOG文件及菜单操作/prep7/title,Steady-state thermal an alysis of pipe jun cti on/uni ts,bi n!使用英制单位et,1,90!定义热单元

34、mp,de ns,1,.285!密度mptemp,70,200,300,400,500!建立温度表mpdata,kxx,1,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12!导热系数mpdata,c,1,0.133,0.177,0.119,0.122,0.125!比热mpdata,hf,2,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144!接管对流系数!定义几何模型参数ri1=1.3!罐内半径ro仁1.5!罐外半径z1=2!罐长不得用于商业用途仅供个人参考ri2=0.4！接管内半径ro2=0.5！接管外半径z2=2！接管长！建立几何

35、模型cylind,ri1,ro1,z1,90！ 1/4 罐体wprota,0,-90 cylind,ri2,ro2,z2,-90 wpstyl,defa vovlap,1,2 /pnum,volu,1 /view,-3,-1,1 /type,4！将工作平面旋转到垂直于接管轴线！ 1/4 接管！将工作平面恢复到默认状态 ！进行 OVERLAP 布尔操作 ！打开实体编号！定义显示角度/title, V olumes used in building pipe/tank junctionvplotvdele,3,4,1！划分网格！显示实体！删除多余实体asel,loc,z,z1asel,a,loc,

36、y,0 cm,aremote,area /pnum,area,1/pnum,line,1！选择罐上 Z=Z1 的面！添加选择罐上 Y=0 的面！创建名为 AREMOTE 的面组/title,lines showing the portion being modeled aplot/noeraselplot/eraseaccat,all！组合罐远端的面及线，为映射划分网！格作准备lccat,12,7 lccat,10,5 lesize,20,4 lesize,40,6 lesize,6,4 allsel！在接管壁厚方向分 4 等分 ！在接管长度方向分 6 等分 ！在罐壁厚方向分 4 等分 ！选择

37、 EVERYTHINGesize,0.4 mshape,0,3d mshkey,1！设定默认的单元大小！选择 3D 映射网格save！保存数据文件vmesh,all/pnum,defa！划分网格，产生节点与单元/title, elements in portion being modeledeplot！显示单元不得用于商业用途仅供个人参考finish ！加载求解 /soluantype,staticnropt,auto！定义为稳态分析！设置求解选项为 Program-chosen！ Newton-Raphsontunif,450 csys,1 nsel,s,loc,x,ri1 sf,all,c

38、onv,250/144,450 cmsel,aremote nsla,1 d,all,temp,450 wprota,0,-90 cswpla,11,1 nsel,s,loc,x,ri2 sf,all,conv,-2,100 allsel！设定初始所有节点温度！变为柱坐标 ！选择罐内表面的节点 ！定义对流边界条件！选择 AREMOTE 面组 ！选择属于 AREMOTE 面组的节点 ！定义节点温度 ！将工作平面旋转到垂直于接管轴线 ！创建局部柱坐标 ！选择接管内壁的节点 ！定义对流边界条件！选择 EVERYTHING/pbc,temp,1/psf,conv,2 /title,Boundary c

39、onditions nplotwpstyle,defa csys,0 autots,on nsubst,50 kbc,0 outpr,nsol,last solve finish！显示所有温度约束 ！显示所有对流边界！显示节点 ！工作平面恢复默认状态 ！变为直角坐标！打开自动步厂长！设定子步数量！设定为阶越！设置输出！进行求解！进入后处理/post1/title,Temperature contrours at pipe/tank junctionplnsol,tempfinish！显示温度彩色云图/exit,all菜单操作1、设定标题 :Utility MenuFileChange Titl

40、e, 输入 Steady-State analysis of pipe junction, 选择 OK;2、设定单位制 :在命令提示行输入 /UNITS,BIN;3、定义单元类型 :Main MenuPreprocesorElement TypeAdd/Edit/Delete, 选择 Thermal Solid, Bricck 20 node 90 号单元 ;不得用于商业用途仅供个人参考4、定义材料属性(1) Main MenuPreprocessorMaterial Props-Constant-Isotropic, 默认 材料编号 1,在 DENSITY 框中输入 0.285;(2) Ma

41、in MenuPreprocessorMaterial Props-Temp Dependent-Temp Table, 输入温度 70,200,300,400,500;(3) Main MenuPreprocessorMaterial Props-Temp Dependent-Prop Table, 选择导热系数 KXX, 材 料 编 号 为 1, 输 入 与 温 度 表 对 应 的 导 热 系 数 8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12, 选择 APPLY;(4) 选择比热 C,材料编号为 1,输入 0.113,0.117,0.119,0.122,0.

42、125,选择 APPLY;(5) 选择对流系数 HF,材料编号为 2,输入 426/144,405/144,352/144,275/144, 221/144 ,选择 OK。5、定 义 几 何 模 型 参 数 ： Utility MenuParametersScalar Parameters, 输 入 ri1=1.3,ro1=1.5,z1=2,ri2=0.4,ro2=0.5,z2=2;6、建立几何模型(1) Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-V olumes-CylinderByDimensions, Outer radius 框中输入 ro1,Opti

43、onal inner radium 框中输入 ri1,Z coordinates 框 中输入 0和 Z1,Ending angle 框中输入 90;(2) Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments, 在 XY,YZ,ZX 框中输入 0,-90;(3) Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-V olumes-CylinderByDimensions; Outer radius 框中输入 ro2, Optional inner radium 框中输入 ri2, Z coordinates 框中输入 0 和 Z2,

44、Starting angle 框中输入 -90,Ending angle 框中输入 0;(4) Utility MenuWorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian ；7、进行布尔操作 :Main MenuPreprocessor-Modeling-Operate-Booleans- Overlap Volumes, 选择 Pick All ；8、观察几何模型(1) Utility MenuPlotCtrlsNumbering, 打开 volumes;(2) Utility MenuPlotCtrlsView Direction, 在 Coords of vie

45、w point 框中输入 -3,-1,1 ；9、删除多余实体 Main MenuPreprocessor-Modeling-DeleteVolume and Below, 在命令输 入行输入 3,4回车；10、创建组 AREMOTE(1) Utility MenuSelectEntities, 选择 Area, By location, Z Coordinates, 在 Min, Max 框中 输入 Z1,选择 APPLY,Y Coordinates,在 Min, Max 框中输入 0,OK;(2) Utility MenuSelectComp/AssemblyCreate Component

46、,在 Component name 框中输 入 AREMOTE, 在 Components is made of 菜单中选择 AREA ；11、组合面及线(1) Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-V olumes-Mapped -Concatenate-Area, 选择 Pick all ；(2) Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-V olumes-Mapped-Concatenate-Lines,在命令行中输入12,7回车,选择 APPLY,在命令行中输入10,5回 车,0K ;12、设定网格密度(1) Main Men

47、uPreprocessor-Meshing-Size CntrlsPicked Lines, 选择线 6 和 20,OK, 在 No. of element divisions 框中输入 4,OK ；(2) Main MenuPreprocessor-Meshing-Size CntrlsPicked Lines ,选择线 40,OK, 在 No. of element divisions 框中输入 6,OK ；(3) Utility MenuSelectEverything ；(4) Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Global-Size,

48、 在 element edge length 框中输入 0.4,OK；13、划分网格 :Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-V olumes-Mapped4 to 6 sides, 选 择 Pick All ；14、定义求解类型及选项(1) Main MenuSolution-Analysis Type-New Analysis, 选择 Steady-State；(2) Main MenuSolution-Analysis Options, 选择 Program-chosen；15、施加对流载荷(1) Utility MenuWorkPlaneChange A

49、ctive CS toGlobal Cylindrical ；(2) Utility MenuSelectEntities, 选择 Nodes, By location, X, 在 Min, Max 框中输入 ri1,OK ；(3) Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOn Nodes, 选择 Pick All, 输入 250/144 及 450,OK；16、在 AREMOTE 组上施加温度约束(1) Utility MenuSelectComp/AssemblySelect Comp/Assembly, 选 aremote;(2)

50、Utility MenuSelectEntities, 选择 Nodes, Attached to, On the Area all, OK ；(3) Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-TemperatureOn Nodes, 选择 Pick all,输入 45,OK;17、施加与温度有关的对流边界条件(1) Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments ,在 XY,YZ,ZX Angles 框中输入 0,-90,OK;(2) Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate Sys

51、temsCreate Local CSAt WP Origin, 在 Type of coordinate system 菜单中 ,选择 Cylindrical 1,OK ；(3) Utility MenuSelect Entities, 选择 Nodes, By location, X, 在 Min, Max 框中输入 ri2,OK ；(4) Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOn Nodes, 选择 Pick All, 在 Film coefficient 框中输入 -2,在 Bulk temperature 框中输入 100,

52、OK;(5) Utility MenuSelectEverything ；(6) Utility MenuPlotCtrlsSymbols, 在 Show pres and convect as 菜单中选择 Arrow, OK;(7) Utility MenuPlotNodes ；18、恢复工作平面及坐标系统(1) Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cartesian ；(2) Utility MenuWorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian ；19、设定载荷步选项 :Main MenuSoluti

53、on-Load Step Options-Time/FrequencTime and Substeps,在 Number of substeps框中输入 50,设置 Automatic time stepping 为 On;20、求解 :Main MenuSolution-Solve-Current LS21、显 示 温 度 分 布 彩 色 云 图 : Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu, 选择 Temperature TEMP 。 ANSYS Verification Manual 中关于稳态热分析的实例：VM58Centerline temperature of a heat generating wireVM92Insulted wall temperatureVM93Temperature dependent conductivityVM94Heat generating plateVM95Heat transfer from a cooling spineVM96Temperature distribution in a short solid cylinderVM97Temperature distributio