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热 分 析

第 6 章. 热 分 析. 热分析. 本章简述了进行稳态热分析的过程 . 有两方面的目的: 重申第4章所介绍的典型分析步骤 . 介绍热荷载与边界条件 . 包括的主题: A. 概述 B. 过程 C. 专题讨论. 热分析用于确定结构中温度分布、 温度梯度、热流以及其它类似的量 . 热分析可能是稳态的或瞬态的 . 稳态 是指荷载条件已被“设置”成稳定状态，几乎不随时间变化 . 如: 铁获得了预先设置的温度 . 瞬态 * 指条件随时间变化而变化. 如: 铸造中金属从熔融状态变为固态的冷却过程.

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  1. 第 6 章 热 分 析

  2. 热分析 • 本章简述了进行稳态热分析的过程. • 有两方面的目的: • 重申第4章所介绍的典型分析步骤. • 介绍热荷载与边界条件. • 包括的主题: A. 概述 B. 过程 C. 专题讨论 January 30, 2001 Inventory #001441 6-2

  3. 热分析用于确定结构中温度分布、温度梯度、热流以及其它类似的量.热分析用于确定结构中温度分布、温度梯度、热流以及其它类似的量. 热分析可能是稳态的或瞬态的. 稳态是指荷载条件已被“设置”成稳定状态，几乎不随时间变化 . 如: 铁获得了预先设置的温度. 瞬态*指条件随时间变化而变化. 如: 铸造中金属从熔融状态变为固态的冷却过程. * Not covered in this course 热分析A. 概述 January 30, 2001 Inventory #001441 6-3

  4. 热荷载条件可能是: 温度 模型区温度已知. 对流 表面的热传递给周围的流体通过对流。输入对流换热系数h和环境流体的 平均温度Tb 热通量* 单位面积上的热流率已知的面. 热流率* 热流率已知的点. 热生成率* 体的生热率已知的区域. 热辐射* 通过辐射产生热传递的面. 输入辐射系数, Stefan-Boltzmann 常数, “空间节点”的温度作为可选项输入. 绝热面 “完全绝热”面，该面上不发生热传递. * Not covered in this course 热分析...概述 January 30, 2001 Inventory #001441 6-4

  5. 热分析B. 分析过程 • 稳态热分析过程和静力分析类似: • 分析过程 • 几何尺寸（模型） • 划分网格 • 求解 • 荷载条件 • 求解 • 后处理 • 查看结果 • 检查结果是否正确 • 通过(Main Menu > Preferences)把图形用户界面的优先级设置成热分析. January 30, 2001 Inventory #001441 6-5

  6. 热分析 - 过程前处理 几何尺寸（模型） • 既可用ANSYS建立模型，也可用其它方法建好模型后导入. • 模型建好后，以上两种建模方法的具体过程将不再显示. January 30, 2001 Inventory #001441 6-6

  7. 热分析 -过程...前处理 划分网格 • 首先定义单元属性: 单元类型, 实常数, 材料属性. 单元类型 • 下表给出了常用的热单元类型. • 每个结点只有一个自由度: 温度 常用的热单元类型 January 30, 2001 Inventory #001441 6-7

  8. 热分析 -过程...前处理 材料属性 • 必须输入导热系数, KXX. • 如果施加了内部热生成率，则需指定比热 (C). • ANSYS提供的材料库 (/ansys57/matlib)包括几种常用材料的结构属性 和热属性, 但是建议用户创建、使用自己的材料库. • 把优先设置为 “热分析” ，使材料模型图形用户界面只显示材料的热属性. 实常数 • 主要应用于壳单元和线单元. January 30, 2001 Inventory #001441 6-8

  9. 热分析 -过程...前处理 • 划分网格. • 存储数据文件. • 使用MeshTool 划分网格. 使用缺省的智能网格划分级别6可以生成很好的初始网格. • 至此完成前处理，下面开始求解. January 30, 2001 Inventory #001441 6-9

  10. 热分析 -过程求解 荷载 • 指定的温度 • 热分析的自由度约束 • Solution > -Loads-Apply > Temperature • 或D命令系列 (DA, DL, D) • 热流 • 这些是面荷载 • Solution > -Loads-Apply > Convection • 或SF命令系列(SFA, SFL, SF, SFE) January 30, 2001 Inventory #001441 6-10

  11. 热分析 -过程...求解 • 绝热面 • “完全绝热”面，该面上不发生热传递. • 这是缺省条件, 如,没有指定边界条件的任何一个面都被自动作为绝热面处理. • 其它可能的热荷载: • 热通量 (BTU / (hr-in2) • 热流 (BTU / hr) • 热生成率 (BTU / (hr-in3) • 热辐射 (BTU / hr) January 30, 2001 Inventory #001441 6-11

  12. 热分析 -过程...求解 求解 • 首先存储数据库文件. • 然后输入 SOLVE命令或点击菜单Solution > -Solve- Current LS. • 结果被写入结果文件, jobname.rth, 该结果文件同时也写入内存中的数据库文件. • 至此完成求解过程. 下面进入后处理部分. January 30, 2001 Inventory #001441 6-12

  13. 热分析 -过程后处理 查看结果 • 典型的等值线绘图包括温度等值线，温度梯度等值线和热通量等值线 • General Postproc > Plot Results > Nodal Solu… (或 Element Solu…) • 或用 PLNSOL (或 PLESOL) January 30, 2001 Inventory #001441 6-13

  14. 热分析 -过程...后处理 • 对3-D 实体模型绘制云图时，选项isosurfaces (等值面)是非常有用的. 用 /CTYPE命令或 Utility Menu > PlotCtrls > Style > Contours > Contour Style. January 30, 2001 Inventory #001441 6-14

  15. 热分析 -过程...后处理 • 检查结果是否正确 • 温度是否在预期的范围内? • 在指定温度和热流边界的基础上，估计预期的范围. • 网格大小是否满足精度? • 和受力分析一样，可以画出非均匀分布的温度梯度 (单元解) 并找出高梯度的单元. 这些区域可作为重新定义网格时的参考. • 若节点温度梯度（平均的）和单元温度梯度（非平均的）之间的差别很大，则可能是网格划分太粗糙. January 30, 2001 Inventory #001441 6-15

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