1、精品文檔Workbench瞬態熱分析問題描述：將一個溫度為900攝氏度的鋼球放在空氣中 冷卻，分別查看鋼球和外部空氣的溫度變化。分析類型：瞬 態熱分析分析平臺：ANSYSWorkbench 17.0分析人：技術鄰 一無所有就是打拼的理由研究模型：自定義一、引言 結構熱分析主要包括熱傳導、熱 對流、熱輻射，熱分析遵循熱力學第一定律，即能量守恒。 傳熱即是熱量傳遞，凡是有溫差存在的地方，必然有熱量的 傳遞。傳熱現象在現實生活中普遍存在，比如食物的加熱， 冷卻，有相變存在的蒸發冷凝換熱等。熱分析類型主要有穩 態熱分析和瞬態熱分析。穩態熱分析中，我們只關心物體達 到熱平衡狀態時的熱力條件，而不關心達到

2、這種狀態所用的 時間。在穩態熱分析中，任意節點的溫度不隨時間的變化而變化。 一般來說， 在穩態熱分析中所需要的唯一材料屬性是 熱導率。在瞬態熱分析中，我們只關心模型的熱力狀態與時 間的函數關系，比如對水的加熱過程。 在瞬態熱分析中， 需 要對材料賦予熱導率，密度，比熱容等材料屬性及初始溫度， 求解時間和時間增量這些邊界條件。在裝配體的熱分析中， 我們還要考慮到接觸區域傳熱，由于接觸面可能存在表面粗 糙度，接觸壓力等情況存在，導致存在接觸熱阻。接觸面存 在兩種傳熱方式，一種是附體間的熱傳遞，另一種是通過空1歡。迎下載精品文檔隙層的熱傳導，但因為氣體的熱導率比較低，所以接觸熱阻 不利于傳熱。由于鋼

3、球散熱與時間有關，我們選擇瞬態熱分 析進行鋼球的散熱分析。二、分析思路及流程 在分析中，我們忽略空 氣的流動。先進行穩態熱分析，獲得瞬態熱分析的初始條件，然后將其傳遞到瞬態熱分析中；在瞬態熱分析中添加空氣對 流換熱，來求解隨時間變化的溫度場。 分析流程如下圖所示：三、模型建立及網格劃分： 由于選取模型比 較簡單，我們在DM中建立一個鋼球，選擇鋼球的半徑為30mm然后在外側包絡一層空氣，包絡厚度選擇30mm由于模型是 對稱的，為了節省計算時間，減少計算量，選取1/4模型進 行研究（也可以選取1/8）。由于模型較為簡單，網格采用自 動劃分，模型及網格如下圖所示： 四、 邊界條件施加及結果分析：因為

4、該問題為瞬態熱分析，我們需要先進行穩態熱分析獲得瞬態熱分析所需要的初始條件，對 鋼球設置初始溫度為900攝氏度，空氣初始溫度為22攝氏 度，將穩態熱分析的結果作為瞬態分析的初始條件，對空氣 對流換熱系數為10W/m2K對瞬態熱分析分為2個時間步， 兩個時間步分別設置為60s，因此鋼球散熱共計120s。 鋼球在散熱120s后的溫度場如下圖所示，從圖中可以看出，鋼球向空氣散熱120s后，鋼球的最高溫度為895.91攝氏度，靠近鋼球側的空氣溫度上升較為明顯，基本接近鋼球溫度。2歡。迎下載精品文檔離鋼球越遠處空氣溫度越低， 最外側空氣最低溫度為55.811攝氏度。t=120s時溫度云圖t=120s時空

5、氣溫度分布 鋼球散熱效果圖從下圖中可以看出，鋼球在120s中，在每個兩個 時間步里散熱量基本一致，鋼球散熱處于平穩狀態，即每秒 中的散熱量基本相同。從空氣外側空氣溫度上升圖表中可以 看出，空氣在前25秒內溫度急劇上升到55.905攝氏度。由 于對流的存在，空氣溫度基本保持不變，鋼球溫度隨時間的 增加而降低。鋼球溫度隨時間下降過程空氣最外側溫度隨時間上升 五、總結 本例通過ANSYS workbench講解了鋼球 瞬態散熱問題的方法和具體應用。在現實生活中，關于熱的 問題無處不在，比如我們燒熱水，對事物的加熱和冷卻，保 溫等，復雜的熱分析問題比如沸騰及冷凝等，涉及到相變，更為復雜。在這個例子中，我們需要注意的是：在進行瞬態 熱分析時，一般情況下要先進行穩態熱分析，以獲取瞬態分 析的初始天劍，然后通過瞬態熱分析的分析設置及邊界條