1、專*業教育教學文檔#專#業教育教&學文*檔專&業教育#教%學文*檔專#業*教育教學文檔專業教#&育教學*文檔專#&業教*育教學文%檔專業教#育%教學文檔專*業教育教學&文檔6-1最新 精品 Word 歡迎下載 可修改概念Training Manual專業教育&教學文*檔 本章練習穩態熱分析的模擬，包括：A. 幾何模型B. 組件-實體接觸C. 熱載荷專*#&業教育教學文%檔D. 求解選項E. 結果和后處理F. 作業 6.1 本節描述的應用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了 ANSYS Struct

2、ural專業教育#教*學文&檔 提示：在 ANSYS 熱分析 的培訓中包含了包括熱瞬態分析的高級分析專業#教育*教學文檔% 對于一個穩態熱分析的模擬，溫度矩陣T通過下面的矩陣方程解得： 假設：K(T)T=專業*教%育教學文檔Q(T )穩態熱傳導基礎Training Manual 在穩態分析中不考慮瞬態影響 K 可以是一個常量或是溫度的函數 Q可以是一個常量或是溫度的函數穩態熱傳導基礎Training Manual專#業教育教*學文檔 上述方程基于傅里葉定律： 固體內部的熱流（Fouriers Law）是 K的基礎； 熱通量、熱流率、以及對流 在Q 為邊界條件； 對流被處理成邊界條件，雖

3、然對流換熱系數可能與溫度相關專業教育&%教學文檔 在模擬時，記住這些假設對熱分析是很重要的。A. 幾何模型Training Manual專業教育教學%文檔&#專業教#&育教學文%檔 熱分析里所有實體類都被約束： 體、面、線 線實體的截面和軸向在 DesignModeler中定義 熱分析里不可以使用點質量（Point Mass）的特性專業教#*育教學文檔專業#*教育教&學文檔 殼體和線體假設： 殼體：沒有厚度方向上的溫度梯度 線體：沒有厚度變化，假設在截面上是一個常量溫度 但在線實體的軸向仍有溫度變化 材料特性Training Manual專&業教育#教學

4、文檔 唯一需要的材料特性是導熱性（Thermal Conductivity）專業教育*#&教學文檔專業教育教學#&文檔% Thermal Conductivity 在 Engineering Data 中輸 入 溫度相關的導熱性以表格 形式輸入專業#教*育教&學文檔若存在任何的溫度相關的材料特性，就將導致非線性求解。B. 組件-實體接觸Training Manual專#*業教育&教學文檔 對于結構分析，接觸域是自動生成的，用于激活各部件間的熱傳導 組件-接觸區域Training Manual專#業教育教學%文檔 如果部件間初始就已經接觸，那么就會出現熱傳導。 如

5、果部件間初始就沒有接觸，那么就不會發生熱傳導（見下面對pinball的解釋）。 總結：專業教*育&教學文檔#Contact TypeHeat Transfer Between Parts in Contact Region?Initially TouchingInside Pinball RegionOutside Pinball RegionBondedYesYesNoNo SeparationYesYesNoRoughYesNoNoFrictionlessYesNoNoFrictionalYesNoNo專#業教育教學%文檔 Pinball區域決定了什么時候發生接觸，并且是自動定義的

6、，同時還給了一個相 對較小的值來適應模型里的小間距。 組件-接觸區域Training Manual專業教育教學%文檔*# 如果接觸是Bonded（綁定的）或no separation（無分離的），那么當面出現在 pinball radius內時就會發生熱傳導（綠色實線 表示）。專*業教育#教學%文檔專業教&育教學%文檔Pinball Radius專業#教育教學%文檔右圖中，兩部件間的間距大于 pinball區域，因此在這兩個部件間 會發生熱傳導。 默認情況下，假設部件間是完美的熱接觸傳導， 意味著界面上不會發生溫 度降 實際情況下，有些條件削弱了完美的熱接觸傳導：表面光滑度表面粗糙度

7、氧化物 包埋液 接觸壓力 表面溫度ÄT使用導電脂. . . .Tx 接著 穿過接觸界面的熱流速，由接觸熱通量q決定：q = TCC× (Ttarget- Tcontact ) 式中Tcontact 是一個接觸節點上的溫度， Ttarget 是對應目標節點上的溫度專業教育#教學&文檔 默認情況下，基于模型中定義的最大材料導熱性KXX和整個幾何邊界框的對角 線ASMDIAG， TCC 被賦以一個相對較大的值。TCC= KXX×10,000 /ASMDIAG專業教育&%教#學文檔專業教#育教學文&檔 組件-導熱率Training Manual 這

8、實質上為部件間提供了一個完美接觸傳導 在ANSYS Professional 或更高版本，用戶可以為純罰函數和增廣拉格朗日 方程定義一個有限熱接觸傳導（TCC）。專業教#育教學*文&檔 在細節窗口，為每個接觸域指定TCC輸入值 如果已知接觸熱阻，那么它的相反數除以接觸面積就可得到TCC值專業教&育教學文%檔#*在接觸界面上，可以像接觸熱阻一樣 輸入接觸熱傳導 組件-點焊Training Manual Spotweld（點焊）提供了離散的熱傳導點： Spotweld在CAD軟件中進行定義（目前只有DesignModeler和Unigraphics可 用） 。T2T1專%*業&am

9、p;教育教學文檔C. 熱載荷Training Manual 熱流量： 熱流速可以施加在點、邊或面上。它分布在多個選擇域上。 它的單位是能量比上時間（ energy/time） 完全絕熱（熱流量為0）： 可以刪除原來面上施加的邊界條件 熱通量： 熱通量只能施加在面上（二維情況時只能施加在邊上） 它的單位是能量比上時間在除以面積（ energy/time/area） 熱生成： 內部熱生成只能施加在實體上 它的單位是能量比上時間在除以體積（energy/time/volume）正的熱載荷會增加系統的能量。溫度、對流、輻射： 至少應存在一種類型的熱邊界條件，否則，如果熱量將源源不斷地輸入到系統中，穩態

10、時的溫度將會達到無窮大。 另外，給定的溫度或對流載荷不能施加到已施加了某種熱載荷或熱邊界條件的表面上。 完全絕熱條件將忽略其它的熱邊界條件專業&教育教學*文檔%專業教育教學#文*%檔& 給定溫度： 給點、邊、面或體上指定一個溫度 溫度是需要求解的自由度專業教育*教學%文檔& 對流： 只能施加在面上（二維分析時只能施加在邊上） 對流q 由導熱膜系數 h，面積 A，以及表面溫度Tsurface與環境溫度Tambient的差值來定義。q = hA(Tsurface- Tambient) “h” 和 “Tambient” 是用戶指定的值 導熱膜系數 h 可以是常量或是溫度的函數

11、 與溫度相關的對流： 為系數類型選擇Tabular (Temperature) 輸入對流換熱系數-溫度表格數據 在細節窗口中，為h(T)指定溫度的處理 方式專%*業#教育教學文檔 幾種常見的對流系數可以從一個樣本文件中導入。新的對流系數可以保存 在文件中。專業教育教&學%#文檔專業教育教%學文&檔 輻射: 施加在面上 （二維分析施加在邊上）專&業教育教%學文#檔(44)專業教%育教學#*文檔 式中： QR = seFA Tsurface- Tambient專業教育教學&文檔*專業*教育&教%學文檔#專業教育%&教#學文檔 =斯蒂芬一玻爾茲曼常數專

12、業教育教學*文檔&# = 放射率專業教#育&%教學文檔* A = 輻射面面積 F = 形狀系數 （默認是1） 只針對環境輻射，不存在于面面之間（形狀系數假設為1） 斯蒂芬一玻爾茲曼常數自動以工作單位制系統確定D. 求解選項Training Manual 從Workbench toolbox插入Steady-State Thermal將在 project schematic里建立一個 SS Thermal system （ SS熱分析） 在Mechanical 里，可以使用Analysis Settings 為熱分 析設置求解選項。 注意，第四章的靜態分析中的Analysis D

13、ata Management選項在這里也可以使用。專業教育%*教學文檔#專業%&教育*教#學文檔 求解模型Training Manual 為了實現熱應力求解，需要在求解時把結構分析關聯到熱模型上。加的結構載荷和約束。 求解結構 在Static Structural中插入了一個imported load分支，并同時導入了施專&業教育教*學文檔 E. 結果和后處理Training Manual 后處理可以處理各種結果： 溫度 熱通量 反作用的熱流速 用戶自定義結果專業教育#教學文檔& 模擬時，結果通常是在求解前指定，但也可以在求解結束后指定。 搜索模型求解結果不需要在進行一

14、次模型的求解。 溫度Training Manual 溫度： 溫度是標量，沒有方向專*&業教育%教學#文檔 可以得到熱通量的等高線或矢量圖：專業*教%育教學文檔 熱通量 q 定義為q = -KXX×ÑT專業教育教學文#&*檔 熱通量Training Manual專業教育教%學&文檔 可以指定Total Heat Flux（整體熱通量）和 Directional Heat Flux（方向熱通量）專&業教育%教學文#檔 激活矢量顯示模式顯示熱通量的大小和方向 響應熱流速Training Manual 對給定的溫度、對流或輻射邊界條件可以得到響應的熱

15、流量： 通過插入probe指定響應熱流量 ，或專業*教育&教學文檔 用戶可以交替的把一個邊界條件拖放到Solution上后搜索響應專業%教育教#學文*檔專業*教育#&教學文檔從Probe菜單下選擇或拖放邊界條件F. 作業 6 穩態熱分析Training Manual專*業#教育&教學文檔 作業 6.1 穩態熱分析 目標：專業*教&育教學文#檔 分析圖示泵殼的熱傳導特性專#業%教育教學&文檔親愛的用戶：煙雨江南，畫屏如展。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，感謝你的閱讀。1、最困難的事就是認識自己。21.12.412.4.202122:1422:14:2812月-2122:142、自知之明是最難得的知識。二二一二二一年十二月四日2021年12月4日星期六3、越是無能的人，越喜歡挑剔別人。22:1412.4.202122:1412.4.202122:1422:14:2812.4.202122:1412.4.20214、與肝膽人共事，無字句處讀書。12.4.202112.4.202122