ansys热分析瞬态稳态PPT教学课件VIP

1、2001年10月1日Them-1 第一章简介第一章简介一、热分析的目的二、ANSYS的热分析三、ANSYS热分析分类 四、耦合分析第二章基础知识第二章基础知识 一、符号与单位 二、传热学经典理论回顾 三、热传递的方式 四、稳态传热 五、瞬态传热 六、线性与非线性 七、边界条件、初始条件 八、热分析误差估计Guidelines第1页/共135页2001年10月1日Them-2 第三章稳态传热分析第三章稳态传热分析一、稳态传热的定义二、热分析的单元三、ANSYS稳态热分析的基本过程练习第四章瞬态传热分析第四章瞬态传热分析一、瞬态传热分析的定义二、瞬态热分析的单元及命令三、ANSYS瞬态热分析的主要

2、步骤1、建模2、加载求解3、后处理四、相变问题练习Guidelines第2页/共135页2001年10月1日Them-3第3页/共135页2001年10月1日Them-4在完成本章学习后，我们应该对热分析的基本概念有所了解，并了解它的基本分类。ModuleObjective第一讲 热分析的目的 第二讲 ANSYS的热分析 第三讲 ANSYS 热分析分类 第四讲 耦合分析 LessonObjectives 第4页/共135页2001年10月1日Them-5 P-1. 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

3、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。ObjectiveDefinition第5页/共135页2001年10月1日Them-6 P-2. ANSYS的热分析 在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能。 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。Objective第6页/共1

4、35页2001年10月1日Them-7 P-3. ANSYS的热分析分类 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ObjectiveGuidelines第7页/共135页2001年10月1日Them-8 P-4.与热有关的耦合分析 热结构耦合 热流体耦合 热电耦合 热磁耦合 热电磁结构耦合等ObjectiveGuidelines第8页/共135页2001年10月1日Them-9第9页/共135页2001年10月1日Them-10本章学习，我们简单介绍热分析的基础知识，以助于大家对以后的热分析有个大体概念。ModuleObjective第一讲、符号与单位 第二讲、

5、传热学经典理论回顾 第三讲、热传递的方式 第四讲、稳态传热 第五讲、瞬态传热 第六讲、线性与非线性 第七讲、边界条件、初始条件 第八讲、热分析误差估计 LessonObjectives 第10页/共135页2001年10月1日Them-11项目国际单位英制单位ANSYS代号长度mft英尺时间ss质量Kglbm磅质量温度oF力Nlbf能量（热量）JBTU英制热单位功率（热流率）WBTU/sec热流密度W/m2BTU/sec-ft2生热速率W/m3BTU/sec-ft3导热系数W/m-BTU/sec-ft-oFKXX对流系数W/m2-BTU/sec-ft2-oFHF密度Kg/m3lbm/ft3DE

6、NS比热J/Kg-BTU/lbm-oFC焓J/m3BTU/ft3ENTH表征物体吸收的热量，为一个体系的内能与体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积之和第11页/共135页2001年10月1日Them-12 第12页/共135页2001年10月1日Them-13 1、热传导、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：qn=-k*(dT/dx)，式中qn为热流密度（W/m2），k为导热系数（W/m-），“-”表示热量流向温度降低的方向。2、热对流、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

7、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： qn= h*(TS-TB)，式中h为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等）， TS为固体表面的温度， TB为周围流体的温度。Definition第13页/共135页2001年10月1日Them-14 3、热辐射、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

8、传 递 可 以 用 斯 蒂 芬 波 尔 兹 曼 方 程 来 计 算 ：q=A1F12(T14-T24)，式中q为热流率， 为辐射率（ 黑 度 ） ， 为 斯 蒂 芬 波 尔 兹 曼 常 数 ， 约 为5.6710-8W/m2.K4，A1为辐射面1的面积，F12为由辐射面1到辐射面2的形状系数，T1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。Definition第14页/共135页2001年10月1日Them-15 如果系统的净热流率为，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

9、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）KT=Q式中： K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； Q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K 、 T以及Q 。Guidelines第15页/共135页2001年10月1日Them-16 瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在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）： C +KT=Q式中: K为传导矩阵，包含导热系数、

10、对流系数及辐射率和形状系数； C为比热矩阵,考虑系统内能的增加; T为节点温度向量； 为温度对时间的导数; Q为节点热流率向量，包含热生成。 TTGuidelines第16页/共135页2001年10月1日Them-17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，如K(T),C(T)等；、边界条件随温度变化，如h(T)等；、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： C(T) +K(T)T=Q (T)TGuidelines第17页/共135页2001年10月1日Them-18 ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度;热流率;热流密度;对流;辐

11、射;绝热;生热。Guidelines第18页/共135页2001年10月1日Them-19 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。Guidelines第19页/共135页2001年10月1日Them-20第20页/共135页2001年10月1日Them-21本章学习，我们将介绍稳态传热分析的知识，以助于大家了解以后的稳态传热分析，并能对简单的问题进行求解。ModuleObjective第一讲、稳态传热的定义第二讲、热分析

12、的单元第三讲、 ANSYS稳态热分析的基本过程练习LessonObjectives 第21页/共135页2001年10月1日Them-22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Definition第22页/共135页2001年10月1日Them-23热分析涉及到的单元有大约40种，其中纯粹用于热分析的有14种：线性：LINK32两维二节点热传导单元 LINK33三维二节点热传导单元 LINK34二节点热对流单元 LINK31二节点热辐

13、射单元二维实体：PLANE55四节点四边形单元PLANE77八节点四边形单元PLANE35三节点三角形单元PLANE75四节点轴对称单元PLANE78八节点轴对称单元三维实体SOLID87六节点四面体单元SOLID70八节点六面体单元SOLID90二十节点六面体单元壳SHELL57四节点点MASS71有关单元的详细解释，请参阅ANSYS Element Reference Guide第23页/共135页2001年10月1日Them-24ANSYS热分析可分为三个步骤： 前处理： 建模 求解：施加载荷计算 后处理： 查看结果Procedure1. .2. .3. . 第24页/共135页2001

14、年10月1日Them-25、确定jobname、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 A N S Y S Modeling and Meshing Guide。Guidelines第25页/共135页2001年10月1日Them-26、定义分析类型 如果进行新的热分析：Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:MainmenuSolution-AnalysisType-

15、NewAnalysisSteady-state 如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:MainmenuSolutionAnalysisType-Restart第26页/共135页2001年10月1日Them-27、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。CommandFamily:DGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-TemperatureGuidelines第27页/共135页2001年10月1日Them

16、-28b、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。CommandFamily:FGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatFlowGuidelines第28页/共135页

17、2001年10月1日Them-29c、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，可以通过对流线单元LINK34考虑对流。CommandFamily:SFGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionGuidelines第29页/共135页2001年10月1日Them-30d、热流密度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 CFD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

18、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。CommandFamily:FGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatFluxGuidelines第30页/共135页2001年10月1日Them-31e、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。CommandFamily:BFGUI：MainMenuSolution-Loads-Apply-Thermal-HeatGeneratGuidelines第31页/共135页2001年10月1日Them-32定载荷步选项对于一

19、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 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:MainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstps第32页/共135页2001年10月1日Them-33 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/Fr

20、equenc Time and SubstpsCommand:DELTIMGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts- Time/Frequenc Time-Time Step第33页/共135页2001年10月1日Them-34 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:KBCG U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d S t e p O p t s -Time/F

21、requencTime-TimeStep/TimeandSubstpsGuidelines第34页/共135页2001年10月1日Them-35定载荷步选项b. 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:NEQITG U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d S t e p O p t s -NolinearEquilibriumIterGuidelines第35页/共135页2001年10月1日Them-36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，

22、保证求解的稳定性和准确性。Command:AUTOTSG U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d S t e p O p t s -Time/FrequencTime-TimeStep/TimeandSubstpsGuidelines第36页/共135页2001年10月1日Them-37 收敛误差：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。Command:CNVTOLG U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d S t e p O p t s -NolinearConvergenceCr

23、itGuidelines第37页/共135页2001年10月1日Them-38 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:NCNVG U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d S t e p O p t s -NolinearCriteriatoStopGuidelines第38页/共135页2001年10月1日Them-39线性搜索：设置本选项可使ANSYS用Newton-Raphson方法进行线性搜索。Command:L

24、NSRCHGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-NolinearLineSearchGuidelines第39页/共135页2001年10月1日Them-40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:PREDG U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d S t e p O p t s -NolinearPredictorGuidelines第40页/共135页2001年10月1日Them-41定载荷步选项c. 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

25、文件中。Command:OUTPRGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-OutputCtrlsSoluPrintoutGuidelines第41页/共135页2001年10月1日Them-42c. 输出控制 控制结果文件：控制*.rth的内容。Command:OUTRESGUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-OutputCtrlsDB/ResultsFileGuidelines第42页/共135页2001年10月1日Them-43确定分析选项a.Newton-Raphson选项（仅对非线性分析有用）Command:NROPTGUI:M

26、ainMenuSolutionAnalysisOptions第43页/共135页2001年10月1日Them-44b. 选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解：Frontalsolver(默认）JacobiConjugateGradient(JCG)solverJCGout-of-memorysolverIncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)solverPre-ConditionedConjugateGradientSolver(PCG)Iterative(automaticsolverselectionoption)Command:EQSLVG

27、UI:MainMenuSolutionAnalysisOptions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SURF22或超单元； 热辐射分析； 相变分析 需要restartananalysisGuidelines第44页/共135页2001年10月1日Them-45c. 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460。Command:TOFFSTGUI:MainMenuSolutionAnalysisOptions第45页/共135页200

28、1年10月1日Them-46保存模型: 点击ANSYS工具条SAVE_DB。求解Command:SOLVEGUI:MainMenuSolutionCurrentLS第46页/共135页2001年10月1日Them-47ANSYS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： 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 其它第47页/共135页2001年10月1日Them-48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P

29、OST1后，读入载荷步和子步：Command:SETGUI:MainMenuGeneralPostproc-ReadResults-ByLoadStep第48页/共135页2001年10月1日Them-49可以通过如下三种方式查看结果： 彩色云图显示C o m m a n d : P L N S O L ,PLESOL,PLETAB等GUI:MainMenuGeneralP o s t p r o c P l o tR e s u l t s N o d a l S o l u ,ElementSolu,ElemTable第49页/共135页2001年10月1日Them-50矢量图显示Comm

30、and:PLVECTGUI:MainMenuGeneralP o s t p r o c P l o tResultsPre-definedorUserdefined第50页/共135页2001年10月1日Them-51 列表显示C o m m a n d : P R N S O L ,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenuGeneralP o s t p r o c L i s tR e s u l t s N o d a l S o l u ,ElementSolu,ReactionSolu详细过程请参阅ANSYS B a s i c A n a l y s i s Proc

31、edures Guide。第51页/共135页2001年10月1日Them-52 某一潜水艇可以简化为一圆筒，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 0.75inch玻纤层壁厚1inch铝层壁厚0.25inch筒长200feet导热系数：不锈钢8.27BTU/hr.ft.oF玻纤0.028 BTU/hr.ft.oF铝117.4 BTU/hr.ft.oFExercise第52页/共135页2001年10月1日Them-53边界条件 ： 空气温度 70oF 海水温度

32、 44.5oF空 气 对 流 系 数 2 . 5 BTU/hr.ft2.oF海 水 对 流 系 数 8 0 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,如图示。第53页/共135页2001年10月1日Them-54以下分别列出log文件和菜单文件。/filename, Steady1/title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFTRo=15!外径(ft)Rss=15-(0.75/12)!不锈钢层内径ft)Rins=15-(1.75/12) !玻璃纤维层内径(ft)Ral=15-(

33、2/12)!铝层内径 (ft)Tair=70!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)Kins=0.028!玻璃纤维的导热系数 (BTU/hr.ft.oF)第54页/共135页2001年10月1日Them-55Kal=117.4!铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)H a i r = 2 . 5! 空 气 的 对 流 系 数(BTU/hr.ft2.oF)H s e a = 8 0! 海 水 的 对 流 系 数(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55!定义二维热单元mp,kxx,1,Kss!设定不锈

34、钢的导热系数mp,kxx,2,Kins!设定玻璃纤维的导热系数mp,kxx,3,Kal!设定铝的导热系数pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!创建几何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,all第55页/共135页2001年10月1日Them-56numcmp,arealesize,1,16!设定划分网格密度lesize,4,4lesize,14,5lesize,16,2eshape,2!设定为映射网格划分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,3第56页/共135页2001年10月1日T

35、hem-57/SOLUSFL,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第57页/共135页2001年10月1日Them-58菜单操作:1.Utility MenuFilechange jobname, 输入Steady1；2.Utility MenuFilechange title,输入Steady-state thermal analysis of submarine；3.在命令行输入:/units, BFT；4.Main Menu: Preprocess

36、or；第58页/共135页2001年10月1日Them-59菜单操作:5 . M a i n M e n u : P r e p r o c e s s o r E l e m e n t T y p e Add/Edit/Delete ,选择PLANE55；6 . M a i n M e n u : P r e p r o c e s s o r M a t e r i a l P r o p -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 K X X 框 中 输 入0.028,选择APPL

37、Y,输入材料编号为3,在KXX框中输入117.4；第59页/共135页2001年10月1日Them-60菜单操作: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；第60页/共135页2001年1

38、0月1日Them-61菜单操作:8.Main Menu: Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,选择PICK ALL；第61页/共135页2001年10月1日Them-62菜单操作:9.Main 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;第62页/共135页2001年10月1日Them-63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

39、个长边,在NDIV中输入16；第63页/共135页2001年10月1日Them-6410.Main Menu: Preprocessor-Attributes-DefinePicked Area选择不锈钢层,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；第64页/共135页2001年10月1日Them-6511.Main Menu: Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3 or 4 sided,选择PICK ALL；第65页/共135页2001年10月1日Them-6612

40、.Main Menu: Solution-Loads-Apply-Thermal-Convection On lines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;第66页/共135页2001年10月1日Them-67选择铝层内壁,在VALI框中输入2.5,在VAL2I框中输入70,选择OK；第67页/共135页2001年10月1日Them-6813.Main Menu: Solution-Solve-Current LS；14.Main Menu: General PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Sol

41、u,选择Temperature。第68页/共135页2001年10月1日Them-69 VM58Centerline temperature of a heat generating wire VM92Insulted wall temperature VM93Temperature dependent conductivity VM94Heat generating plate VM95Heat transfer from a cooling spine VM96Temperature distribution in a short solid cylinder VM97Temperatur

42、e distribution along a straight fin VM98Temperature distribution along a tapered fin V M 9 9Te m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n i n a trapezoidal fin VM100Heat conductivity across a chimney section第69页/共135页2001年10月1日Them-70 VM101Temperature distribution in a short solid cylinder VM102Cylin

43、der with temperature dependent conductivity VM103Thin plate with a central heat source VM105Heat generation coil with temperature dependent conductivity VM108Temperature gradient across a solid cylinder VM118Centerline temperature of a heat generating wire V M 1 6 0S o l i d c y l i n d e r w i t h

44、h a r m o n i c temperature load VM161Heat flow from a insulated pipe VM162Cooling of a circular fin of rectangular profile VM193Adaptive analysis of two-dimensional heat transfer with convection第70页/共135页2001年10月1日Them-71第71页/共135页2001年10月1日Them-72本章学习，我们将介绍瞬态传热分析的知识，以助于大家了解瞬态传热分析，并能对简单的问题进行求解。Modu

45、leObjective第一讲、瞬态传热分析的定义第二讲、瞬态热分析的单元及命令第三讲、ANSYS瞬态热分析的主要步骤第四讲、建模第五讲、加载求解第六讲、后处理第七讲、相变问题练习LessonObjectives 第72页/共135页2001年10月1日Them-73瞬态热分析用于计算一个系统随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。其基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态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，如下图所示。对于每一个载荷步，必须定

46、义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。 Definition第73页/共135页2001年10月1日Them-74瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。要 了 解 每 个 单 元 的 详 细 说 明 ， 请 参 阅 A N S Y S Element Reference Guide。要 了 解 每 个 命 令 的 详 细 功 能 ， 请 参 阅 A N S Y S Command Reference Guide。Definition第74页/共135页2001年10月1日Them-75 建模 加载求解 后处理Procedure1. .2. .3. . 第75页/共135页2001

47、年10月1日Them-76 确定jobname、title、units, 进入PREP7； 定义单元类型并设置选项； 如果需要，定义单元实常数； 定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热； 建立几何模型； 对几何模型划分网格。关于建模及划分网格，请参阅ANSYS Modeling and Meshing Guide。第76页/共135页2001年10月1日Them-77a、定义分析类型、定义分析类型 如果第一次进行分析，或重新进行分析GUI: Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis TransientCommand: ANTYPE,

48、TRANSIENT,NEWGuidelines第77页/共135页2001年10月1日Them-78a、定义分析类型、定义分析类型 如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）G U I : M a i n M e n u S o l u t i o n A n a l y s i s TypeRestartCommand: ANTYPE,TRANSIENT,RESTGuidelines第78页/共135页2001年10月1日Them-79b、获得瞬态热分析的初始条件、获得瞬态热分析的初始条件、定义均匀温度场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Command:TUNIFG

49、U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d s -SettingsUniform TempGuidelines第79页/共135页2001年10月1日Them-80、定义均匀温度场如果不在对话框中输入数据，则默认为参考温度，参考温度的值默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：Command:TREFG U I : M a i n M e n u S o l u t i o n - L o a d s -SettingsReference TempGuidelines第80页/共135页2001年10月1日Them-81注意：设定均匀的初始温度

50、，与如下的设定节点的温度(自由度)不同Command:DGUI: Main Menu Solution -Loads- Apply -Thermal- Temperature On NodesGuidelines第81页/共135页2001年10月1日Them-82初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：Command:DDELEGUI: Main Menu Solution-Loads-Delete-Thermal-Temperature On Nodes第82页/共135页2001年10月1日Them-83、设定非均匀的初

51、始温度在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：Command:ICGUI: Main Menu SolutionLoadsApply-Initial Conditn DefineGuidelines第83页/共135页2001年10月1日Them-84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： 设定载荷（如已知的温度、热对流等） 将时间积分设置为OFF：Command: TIMINT, OFFG U I : M a i n M e n u P r e p r o c e s s o r Loads-Load Step Opts-Time/Frequenc T

52、ime Integration第84页/共135页2001年10月1日Them-85第85页/共135页2001年10月1日Them-86 设 定 一 个 只 有 一 个 子 步 的 ， 时 间 很 小 的 载 荷 步 （ 例 如0.001）：Command: TIMEGUI: Main Menu PreprocessorLoads-Load Step Opts-Time/Frequenc Time and SubstpsGuidelines第86页/共135页2001年10月1日Them-87 写入载荷步文件：Command:LSWRITEGUI: Main Menu Preprocesso

53、rLoadsWrite LS File或先求解：Command:SOLVEGUI: Main Menu SolutionSolveCurrent LS注意：在第二载荷步中，要删去所有设定的温度，除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。Guidelines第87页/共135页2001年10月1日Them-88c、设定载荷步选项、设定载荷步选项、普通选项 时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：Command: TIMEGUI: Main Menu Solution-Load Step Opts-Time/Frequenc Time and SubstpsGuidelines第88页/共135

54、页2001年10月1日Them-89c、设定载荷步选项、设定载荷步选项、普通选项 每个载荷步的载荷子步数，或时间增量对于非线性分析，每个载荷步需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精度越高，同时计算的时间越长。根据线性传导热传递，可以按如下公式估计初始时间步长：ITS=2/4其中为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度， 为导温系 数 ， 它 等 于 导 热 系 数 除 以 密 度 与 比 热 的 乘 积 （ k/c)。Command: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu Solution-Load Step Opts- Time/Frequen

55、c Time and SubstpsGuidelines第89页/共135页2001年10月1日Them-90如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为阶越选项；如果载荷值随时间线性变化，则要设定为渐变选项：Command: KBCGUI: Main Menu Solution-Load Step Opts- Time/Frequenc Time and SubstpsGuidelines第90页/共135页2001年10月1日Them-91、非线性选项 迭代次数：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。Command: NEQITGUI: Main Menu Solution-

56、Load step opts Nonlinear Equilibrium Iter第91页/共135页2001年10月1日Them-92、非线性选项 自动时间步长：本选项为ON时，在求解过程中将自动调整时间步长。Command: AUTOTSGUI: Main Menu Solution-Load Step Opts- Time/Frequenc Time and Substps第92页/共135页2001年10月1日Them-93、非线性选项 时间积分效果：如果将此选项设定为OFF，将进行稳态热分析。Command: TIMINTGUI: Main Menu Solution-Load St

57、ep Opts- Time/Frequenc Time Integration第93页/共135页2001年10月1日Them-94、输出选项 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 MenuSolution-Load Step Opts-Output CtrlsSolu PrintoutGuidelines第94页/共135页2001年10月1日Them-95、输出选项 控制结果文件：控制*.rth的内容Command: OUTRES GUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Output

58、Ctrls DB/Results File、存盘求解第95页/共135页2001年10月1日Them-96ANSYS提供两种后处理方式： POST1，可以对整个模型在某一载荷步（时间点）的结果进行后处理；Command: POST1GUI: Main MenuGeneral Postproc. POST26，可以对模型中特定点在所有载荷步（整个瞬态过程）的结果进行后处理。Command: POST26GUI: Main MenuTimeHist PostprocGuidelines第96页/共135页2001年10月1日Them-971、用POST1进行后处理 进入POST1后，可以读出某一时

59、间点的结果：Command: SETG U I : M a i n M e n u G e n e r a l Po s t p r o c Re a d ResultsBy Time/Freq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：G U I : M a i n M e n u G e n e r a l Po s t p r o c Re a d ResultsBy Load Step然后就可以采用与稳态热分析类似的方法，对结果进行彩色云图显示、矢量图显示、打印列表等后处理。Guide

60、lines第97页/共135页2001年10月1日Them-982、用POST26进行后处理 首先要定义变量：Command: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main MenuTimeHist PostprocDefine Variables第98页/共135页2001年10月1日Them-99 然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：Command: PLVARGUI: Main MenuTimeHist PostprocGraph Variables第99页/共135页2001年10月1日Them-100或列表输出：Command: PRVARG U I : M a