ANSYS熱分析.doc

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1、No BoundariesANSYS熱分析指南第一章簡 介一、熱分析的目的熱分析用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通量等。熱分析在許多工程應(yīng)用中扮演重要角色，如內(nèi)燃機、渦輪機、換熱器、管路系統(tǒng)、電子元件等。二、ANSYS的熱分析 在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五種產(chǎn)品中包含熱分析功能,其中ANSYS/FLOTRAN不含相變熱分析。 ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計算各節(jié)點的溫度，并導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)

2、。 ANSYS熱分析包括熱傳導(dǎo)、熱對流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外，還可以分析相變、有內(nèi)熱源、接觸熱阻等問題。三、ANSYS 熱分析分類 穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場不隨時間變化 瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場隨時間明顯變化四、耦合分析 熱結(jié)構(gòu)耦合 熱流體耦合 熱電耦合 熱磁耦合 熱電磁結(jié)構(gòu)耦合等第二章基礎(chǔ)知識一、符號與單位項目國際單位英制單位ANSYS代號長度mft時間ss質(zhì)量Kglbm溫度oF力Nlbf能量（熱量）JBTU功率（熱流率）WBTU/sec熱流密度W/m2BTU/sec-ft2生熱速率W/m3BTU/sec-ft3導(dǎo)熱系數(shù)W/m-BTU/sec-ft-oFKXX對流系數(shù)W/m2-BTU/se

3、c-ft2-oFHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比熱J/Kg-BTU/lbm-oFC焓J/m3BTU/ft3ENTH二、傳熱學(xué)經(jīng)典理論回顧熱分析遵循熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律:l 對于一個封閉的系統(tǒng)（沒有質(zhì)量的流入或流出 式中:Q 熱量;W 作功;系統(tǒng)內(nèi)能;系統(tǒng)動能；系統(tǒng)勢能；l 對于大多數(shù)工程傳熱問題：；l 通?？紤]沒有做功：, 則：；l 對于穩(wěn)態(tài)熱分析：，即流入系統(tǒng)的熱量等于流出的熱量；l 對于瞬態(tài)熱分析：，即流入或流出的熱傳遞速率q等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化。三、熱傳遞的方式1、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)可以定義為完全接觸的兩個物體之間或一個物體的不同部分之間由于溫度梯度而引起的內(nèi)能的交換。熱傳導(dǎo)

4、遵循付里葉定律：，式中為熱流密度（W/m2），為導(dǎo)熱系數(shù)（W/m-），“-”表示熱量流向溫度降低的方向。2、熱對流熱對流是指固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換。熱對流可以分為兩類：自然對流和強制對流。熱對流用牛頓冷卻方程來描述：，式中h為對流換熱系數(shù)（或稱膜傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)、膜系數(shù)等），為固體表面的溫度，為周圍流體的溫度。3、熱輻射熱輻射指物體發(fā)射電磁能，并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過程。物體溫度越高，單位時間輻射的熱量越多。熱傳導(dǎo)和熱對流都需要有傳熱介質(zhì)，而熱輻射無須任何介質(zhì)。實質(zhì)上，在真空中的熱輻射效率最高。在工程中通?？紤]兩個或兩個以上物體之間的輻射

5、，系統(tǒng)中每個物體同時輻射并吸收熱量。它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬波爾茲曼方程來計算：，式中為熱流率，為輻射率（黑度），為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，約為5.6710-8W/m2.K4，A1為輻射面1的面積，為由輻射面1到輻射面2的形狀系數(shù)，為輻射面1的絕對溫度，為輻射面2的絕對溫度。由上式可以看出，包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。四、穩(wěn)態(tài)傳熱如果系統(tǒng)的凈熱流率為，即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量等于流出系統(tǒng)的熱量：q流入+q生成-q流出=0，則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)熱分析中任一節(jié)點的溫度不隨時間變化。穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣形式表示）式中：為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射

6、率和形狀系數(shù)；為節(jié)點溫度向量；為節(jié)點熱流率向量，包含熱生成；ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，生成、以及。五、瞬態(tài)傳熱瞬態(tài)傳熱過程是指一個系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個過程中系統(tǒng)的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時間都有明顯變化。根據(jù)能量守恒原理，瞬態(tài)熱平衡可以表達為（以矩陣形式表示）：式中:為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；為比熱矩陣,考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加;為節(jié)點溫度向量；為溫度對時間的導(dǎo)數(shù);為節(jié)點熱流率向量，包含熱生成。六、線性與非線性如果有下列情況產(chǎn)生，則為非線性熱分析：、材料熱性能隨溫度變化，如K(T),C(T)等；、邊界條件隨溫度變

7、化，如h(T)等；、含有非線性單元；4、 考慮輻射傳熱非線性熱分析的熱平衡矩陣方程為：七、邊界條件、初始條件ANSYS熱分析的邊界條件或初始條件可分為七種：溫度、熱流率、熱流密度、對流、輻射、絕熱、生熱。八、熱分析誤差估計 僅用于評估由于網(wǎng)格密度不夠帶來的誤差； 僅適用于SOLID或SHELL的熱單元（只有溫度一個自由度）； 基于單元邊界的熱流密度的不連續(xù)； 僅對一種材料、線性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效； 使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分可以對誤差進行控制。第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分析一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響。通常在進行瞬態(tài)熱分析以前，進行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通

8、過有限元計算確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)二、熱分析的單元熱分析涉及到的單元有大約40種，其中純粹用于熱分析的有14種：線性：LINK32兩維二節(jié)點熱傳導(dǎo)單元LINK33三維二節(jié)點熱傳導(dǎo)單元LINK34二節(jié)點熱對流單元LINK31二節(jié)點熱輻射單元二維實體：PLANE55四節(jié)點四邊形單元PLANE77八節(jié)點四邊形單元PLANE35三節(jié)點三角形單元PLANE75四節(jié)點軸對稱單元PLANE78八節(jié)點軸對稱單元三維實體SOLID87六節(jié)點四面體單元SOLID70八節(jié)點六面體單元SOLID90二十節(jié)點六面體單元殼SHELL57四節(jié)點點MASS71有關(guān)單元的詳細解釋，請參閱

9、ANSYS Element Reference Guide三、ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過程ANSYS熱分析可分為三個步驟： 前處理：建模 求解：施加載荷計算 后處理：查看結(jié)果1、建模、確定jobname、title、unit；、進入PREP7前處理，定義單元類型，設(shè)定單元選項；、定義單元實常數(shù)；、定義材料熱性能參數(shù)，對于穩(wěn)態(tài)傳熱，一般只需定義導(dǎo)熱系數(shù)，它可以是恒定的，也可以隨溫度變化；、創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格，請參閱ANSYS Modeling and Meshing Guide。2、施加載荷計算1、 定義分析類型l 如果進行新的熱分析：Command: ANTYPE, STATIC, NE

10、WGUI: Main menuSolution-Analysis Type-New AnalysisSteady-statel 如果繼續(xù)上一次分析，比如增加邊界條件等：Command: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menuSolutionAnalysis Type-Restart2、 施加載荷可以直接在實體模型或單元模型上施加五種載荷(邊界條件) ：a、恒定的溫度通常作為自由度約束施加于溫度已知的邊界上。Command Family:DGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Temperatureb、熱流率熱流率作為節(jié)

11、點集中載荷，主要用于線單元模型中(通常線單元模型不能施加對流或熱流密度載荷)，如果輸入的值為正，代表熱流流入節(jié)點，即單元獲取熱量。如果溫度與熱流率同時施加在一節(jié)點上則ANSYS讀取溫度值進行計算。注意：如果在實體單元的某一節(jié)點上施加熱流率，則此節(jié)點周圍的單元要密一些，在兩種導(dǎo)熱系數(shù)差別很大的兩個單元的公共節(jié)點上施加熱流率時，尤其要注意。此外，盡可能使用熱生成或熱流密度邊界條件，這樣結(jié)果會更精確些。Command Family: FGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat Flowc、對流對流邊界條件作為面載施加于實體的外表面，計算與流體的熱交

12、換，它僅可施加于實體和殼模型上，對于線模型，可以通過對流線單元LINK34考慮對流。Command Family: SFGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Convectiond、熱流密度熱流密度也是一種面載。當通過單位面積的熱流率已知或通過FLOTRAN CFD計算得到時，可以在模型相應(yīng)的外表面施加熱流密度。如果輸入的值為正，代表熱流流入單元。熱流密度也僅適用于實體和殼單元。熱流密度與對流可以施加在同一外表面，但ANSYS僅讀取最后施加的面載進行計算。Command Family: FGUI：Main MenuSolution-Loads-Ap

13、ply-Thermal-Heat Fluxe、生熱率生熱率作為體載施加于單元上，可以模擬化學(xué)反應(yīng)生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。Command Family: BFGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat Generat、確定載荷步選項對于一個熱分析，可以確定普通選項、非線性選項以及輸出控制。a. 普通選項 時間選項：雖然對于穩(wěn)態(tài)熱分析，時間選項并沒有實際的物理意義，但它提供了一個方便的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。Command: TIMEGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/Fre

14、quencTime-Time Step/Time and Substps 每載荷步中子步的數(shù)量或時間步大?。簩τ诜蔷€性分析，每一載荷步需要多個子步。Command: NSUBSTGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime and SubstpsCommand: DELTIMGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step 遞進或階越選項：如果定義階越(stepped)選項，載荷值在這個載荷步內(nèi)保持不變；如果為遞進(ramped)選項，則載荷值由上

15、一載荷步值到本載荷步值隨每一子步線性變化。Command: KBCGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and Substpsb. 非線性選項 迭代次數(shù)：本選項設(shè)置每一子步允許的最多的迭代次數(shù)。默認值為25，對大數(shù)熱分析問題足夠。Command: NEQITGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearEquilibrium Iter 自動時間步長: 對于非線性問題，可以自動設(shè)定子步間載荷的增長，保證求解的穩(wěn)定性和準確性。Command: AUT

16、OTSGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and Substps 收斂誤差：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗熱分析的收斂性。Command: CNVTOLGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearConvergence Crit 求解結(jié)束選項：如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，達不到收斂，ANSYS可以停止求解或到下一載荷步繼續(xù)求解。Command: NCNVGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearCrit

17、eria to Stop 線性搜索：設(shè)置本選項可使ANSYS用Newton-Raphson方法進行線性搜索。Command: LNSRCHGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearLine Search 預(yù)測矯正：本選項可激活每一子步第一次迭代對自由度求解的預(yù)測矯正。Command: PREDGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearPredictorc. 輸出控制 控制打印輸出：本選項可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out 文件中。Command: OUTPRGUI: Main MenuSoluti

18、on-Load Step Opts-Output CtrlsSolu Printout 控制結(jié)果文件：控制*.rth的內(nèi)容。Command: OUTRES GUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Output CtrlsDB/Results File、確定分析選項a. Newton-Raphson選項（僅對非線性分析有用）Command: NROPT GUI: Main MenuSolutionAnalysis Optionsb. 選擇求解器：可選擇如下求解器中一個進行求解： Frontal solver(默認） Jacobi Conjugate Gradi

19、ent(JCG) solver JCG out-of-memory solver Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG) Iterative(automatic solver selection option)Command: EQSLV GUI: Main MenuSolutionAnalysis Options注意：熱分析可選用Iterative選項進行快速求解，但如下情況除外： 熱分析包含SURF19或SURF22或超單元； 熱輻射

20、分析； 相變分析 需要restart an analysisc. 確定絕對零度：在進行熱輻射分析時，要將目前的溫度值換算為絕對溫度。如果使用的溫度單位是攝氏度，此值應(yīng)設(shè)定為273；如果使用的是華氏度，則為460。Command: TOFFSTGUI: Main MenuSolutionAnalysis Options5、 保存模型: 點擊ANSYS工具條SAVE_DB。、求解Command: SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS3、后處理ANSYS將熱分析的結(jié)果寫入*.rth文件中，它包含如下數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)： 節(jié)點溫度導(dǎo)出數(shù)據(jù)： 節(jié)點及單元的熱流密度 節(jié)點

21、及單元的熱梯度 單元熱流率 節(jié)點的反作用熱流率 其它對于穩(wěn)態(tài)熱分析，可以使用POST1進行后處理，關(guān)于后處理的完整描述，可參閱ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。進入POST1后，讀入載荷步和子步：Command: SET GUI: Main MenuGeneral Postproc-Read Results-By Load Step可以通過如下三種方式查看結(jié)果： 彩色云圖顯示Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等GUI: Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsNodal Solu, Elem

22、ent Solu, Elem Table 矢量圖顯示Command: PLVECTGUI: Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsPre-defined or Userdefined 列表顯示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等GUI: Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solu, Element Solu, Reaction Solu詳細過程請參閱ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。實例1：某一潛水艇可以簡化為一圓筒，它由三層組成，最外面

23、一層為不銹鋼，中間為玻纖隔熱層，最里面為鋁層，筒內(nèi)為空氣，筒外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫度分布。幾何參數(shù)：筒外徑30feet總壁厚2inch不銹鋼層壁厚0.75inch玻纖層壁厚1inch鋁層壁厚0.25inch筒長200feet導(dǎo)熱系數(shù)不銹鋼8.27BTU/hr.ft.oF玻纖0.028BTU/hr.ft.oF鋁117.4BTU/hr.ft.oF邊界條件空氣溫度70oF海水溫度44.5oF空氣對流系數(shù)2.5BTU/hr.ft2.oF海水對流系數(shù)80BTU/hr.ft2.oF沿垂直于圓筒軸線作橫截面，得到一圓環(huán)，取其中1度進行分析,如圖示。以下分別列出log文件和菜單文件。/filename,

24、 Steady1/title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFTRo=15!外徑(ft)Rss=15-(0.75/12)!不銹鋼層內(nèi)徑ft)Rins=15-(1.75/12)!玻璃纖維層內(nèi)徑(ft)Ral=15-(2/12)!鋁層內(nèi)徑 (ft)Tair=70!潛水艇內(nèi)空氣溫度Tsea=44.5!海水溫度Kss=8.27!不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù) (BTU/hr.ft.oF)Kins=0.028!玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù) (BTU/hr.ft.oF)Kal=117.4!鋁的導(dǎo)熱系數(shù)(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5!空氣的對

25、流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80!海水的對流系數(shù)(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55!定義二維熱單元mp,kxx,1,Kss!設(shè)定不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)mp,kxx,2,Kins!設(shè)定玻璃纖維的導(dǎo)熱系數(shù)mp,kxx,3,Kal!設(shè)定鋁的導(dǎo)熱系數(shù)pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!創(chuàng)建幾何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,allnumcmp,arealesize,1,16!設(shè)定劃分網(wǎng)格密度lesize,4,4lesize,14,5lesize,16,2eshape,2!設(shè)定

26、為映射網(wǎng)格劃分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,3/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,TAIR!施加空氣對流邊界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA!施加海水對流邊界SOLVE/POST1PLNSOL！輸出溫度彩色云圖finish菜單操作:1. Utility MenuFilechange jobename, 輸入Steady1；2. Utility MenuFilechange title,輸入Steady-state thermal analysis of submarine；3. 在命令行輸入:/units, BFT；4. Main Men

27、u: Preprocessor；5. Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,選擇PLANE55；6. Main Menu: PreprocessorMaterial Prop-Constant-Isotropic,默認材料編號為1,在KXX框中輸入8.27,選擇APPLY,輸入材料編號為2,在KXX框中輸入0.028,選擇APPLY,輸入材料編號為3,在KXX框中輸入117.4；7. Main Menu: Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleBy Dimensions ,在RAD1中輸

28、入15,在RAD2中輸入15-(.75/12),在THERA1中輸入-0.5,在THERA2中輸入0.5,選擇APPLY,在RAD1中輸入15-(.75/12),在RAD2中輸入15-(1.75/12),選擇APPLY,在RAD1中輸入15-(1.75/12),在RAD2中輸入15-2/12,選擇OK；8. Main Menu: Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,選擇PICK ALL；9. Main Menu: Preprocessor-Meshing-Size Contrls-Lines-Picked Lines,選擇不銹鋼層短邊

29、,在NDIV框中輸入4,選擇APPLY,選擇玻璃纖維層的短邊,在NDIV框中輸入5,選擇APPLY,選擇鋁層的短邊,在NDIV框中輸入2,選擇APPLY,選擇四個長邊,在NDIV中輸入16；10. Main Menu: Preprocessor-Attributes-DefinePicked Area,選擇不銹鋼層,在MAT框中輸入1,選擇APPLY,選擇玻璃纖維層,在MAT框中輸入2,選擇APPLY,選擇鋁層,在MAT框中輸入3,選擇OK；11. Main Menu: Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3 or 4 sided,選擇PICK ALL；

30、12. Main Menu: Solution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOn lines,選擇不銹鋼外壁,在VALI框中輸入80,在VAL2I框中輸入44.5,選擇APPLY,選擇鋁層內(nèi)壁,在VALI框中輸入2.5,在VAL2I框中輸入70,選擇OK；13. Main Menu: Solution-Solve-Current LS；14. Main Menu: General PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu,選擇Temperature。實例2一圓筒形的罐有一接管,罐外徑為3英尺，壁厚為0.2英尺，接管

31、外徑為0.5英尺，壁厚為0.1英尺，罐與接管的軸線垂直且接管遠離罐的端部。如圖所示：罐內(nèi)流體溫度為華氏450度,與罐壁的對流換熱系數(shù)年為250BUT/hr-ft2-oF,接管內(nèi)流體的溫度為華氏100度,與管壁的對流換熱系數(shù)隨管壁溫度而變。接管與罐為同一種材料，它的熱物理性能如下表所示：溫度70200300400500oF密度0.2850.2850.2850.2850.285lbm/in3導(dǎo)熱系數(shù)8.358.909.359.810.23Btu/hr-ft-oF比熱0.1130.1170.1190.1220.125Btu/lbm-oF對流系數(shù)*426405352275221Btu/hr-ft2-o

32、F*接管內(nèi)壁對流系數(shù)求罐與接管的溫度分布。以下分別列出LOG文件及菜單操作/prep7/title,Steady-state thermal analysis of pipe junction/units,bin！使用英制單位et,1,90！定義熱單元mp,dens,1,.285！密度mptemp,70,200,300,400,500！建立溫度表mpdata,kxx,1,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12！導(dǎo)熱系數(shù)mpdata,c,1,0.133,0.177,0.119,0.122,0.125！比熱mpdata,hf,2,426/144,405/1

33、44,352/144,275/144,221/144！接管對流系數(shù)！定義幾何模型參數(shù)ri1=1.3！罐內(nèi)半徑ro1=1.5！罐外半徑z1=2！罐長ri2=0.4！接管內(nèi)半徑ro2=0.5！接管外半徑z2=2！接管長！建立幾何模型cylind,ri1,ro1,z1,90！1/4罐體wprota,0,-90！將工作平面旋轉(zhuǎn)到垂直于接管軸線cylind,ri2,ro2,z2,-90！1/4接管wpstyl,defa！將工作平面恢復(fù)到默認狀態(tài)vovlap,1,2！進行OVERLAP布爾操作/pnum,volu,1！打開實體編號/view,-3,-1,1！定義顯示角度/type,4/title, Vol

34、umes used in building pipe/tank junctionvplot！顯示實體vdele,3,4,1！刪除多余實體！劃分網(wǎng)格asel,loc,z,z1！選擇罐上Z=Z1的面 asel,a,loc,y,0！添加選擇罐上Y=0的面cm,aremote,area！創(chuàng)建名為AREMOTE的面組/pnum,area,1/pnum,line,1/title,lines showing the portion being modeledaplot/noeraselplot/eraseaccat,all！組合罐遠端的面及線，為映射劃分網(wǎng)！格作準備lccat,12,7lccat,10,5l

35、esize,20,4！在接管壁厚方向分4等分lesize,40,6！在接管長度方向分6等分lesize,6,4！在罐壁厚方向分4等分allsel！選擇EVERYTHINGesize,0.4！設(shè)定默認的單元大小mshape,0,3d！選擇3D映射網(wǎng)格mshkey,1save！保存數(shù)據(jù)文件vmesh,all！劃分網(wǎng)格，產(chǎn)生節(jié)點與單元/pnum,defa/title, elements in portion being modeledeplot！顯示單元finish！加載求解/soluantype,static！定義為穩(wěn)態(tài)分析nropt,auto！設(shè)置求解選項為Program-chosen ！New

36、ton-Raphsontunif,450！設(shè)定初始所有節(jié)點溫度csys,1！變?yōu)橹鴺薾sel,s,loc,x,ri1！選擇罐內(nèi)表面的節(jié)點sf,all,conv,250/144,450！定義對流邊界條件cmsel,aremote！選擇AREMOTE面組nsla,1！選擇屬于AREMOTE面組的節(jié)點d,all,temp,450！定義節(jié)點溫度wprota,0,-90！將工作平面旋轉(zhuǎn)到垂直于接管軸線cswpla,11,1！創(chuàng)建局部柱坐標nsel,s,loc,x,ri2！選擇接管內(nèi)壁的節(jié)點sf,all,conv,-2,100！定義對流邊界條件allsel！選擇EVERYTHING/pbc,temp,1

37、！顯示所有溫度約束/psf,conv,2！顯示所有對流邊界/title,Boundary conditionsnplot！顯示節(jié)點wpstyle,defa！工作平面恢復(fù)默認狀態(tài)csys,0！變?yōu)橹苯亲鴺薬utots,on！打開自動步廠長nsubst,50！設(shè)定子步數(shù)量kbc,0！設(shè)定為階越outpr,nsol,last！設(shè)置輸出solve！進行求解finish！進入后處理/post1/title,Temperature contrours at pipe/tank junctionplnsol,temp！顯示溫度彩色云圖finish/exit,all菜單操作1、 設(shè)定標題:Utility Me

38、nuFileChange Title,輸入Steady-State analysis of pipe junction,選擇OK;2、 設(shè)定單位制:在命令提示行輸入/UNITS,BIN;3、 定義單元類型:Main MenuPreprocesorElement TypeAdd/Edit/Delete,選擇Thermal Solid, Bricck 20 node 90號單元;4、 定義材料屬性(1) Main MenuPreprocessorMaterial Props-Constant-Isotropic,默認材料編號1,在DENSITY框中輸入0.285;(2) Main MenuPrep

39、rocessorMaterial Props-Temp Dependent-Temp Table,輸入溫度70,200,300,400,500;(3) Main MenuPreprocessorMaterial Props-Temp Dependent-Prop Table,選擇導(dǎo)熱系數(shù)KXX,材料編號為1,輸入與溫度表對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12,選擇APPLY;(4) 選擇比熱C,材料編號為1,輸入0.113,0.117,0.119,0.122,0.125,選擇APPLY;(5) 選擇對流系數(shù)HF,材料編號為2,輸入426/14

40、4,405/144,352/144,275/144, 221/144，選擇OK。5、 定義幾何模型參數(shù)：Utility MenuParametersScalar Parameters,輸入ri1=1.3,ro1=1.5,z1=2,ri2=0.4,ro2=0.5,z2=2;6、 建立幾何模型(1) Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Volumes-CylinderBy Dimensions, Outer radius框中輸入ro1,Optional inner radium框中輸入ri1,Z coordinates框中輸入0和Z1,Ending angl

41、e框中輸入90;(2) Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments,在XY,YZ,ZX框中輸入0,-90;(3) Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Volumes-CylinderBy Dimensions; Outer radius框中輸入ro2, Optional inner radium框中輸入ri2, Z coordinates框中輸入0和Z2,Starting angle框中輸入-90,Ending angle框中輸入0;(4) Utility MenuWorkPlaneAlign WP with

42、Global Cartesian；7、 進行布爾操作:Main MenuPreprocessor-Modeling-Operate-Booleans- Overlap Volumes,選擇Pick All；8、 觀察幾何模型(1) Utility MenuPlotCtrlsNumbering,打開volumes;(2) Utility MenuPlotCtrlsView Direction, 在Coords of view point框中輸入-3,-1,1；9、 刪除多余實體Main MenuPreprocessor-Modeling-DeleteVolume and Below,在命令輸入行

43、輸入3,4回車；10、 創(chuàng)建組AREMOTE(1) Utility MenuSelectEntities,選擇Area, By location, Z Coordinates, 在Min, Max框中輸入Z1,選擇APPLY,Y Coordinates, 在Min, Max框中輸入0,OK;(2) Utility MenuSelectComp/AssemblyCreate Component,在Component name框中輸入AREMOTE, 在Components is made of菜單中選擇AREA；11、 組合面及線(1) Main MenuPreprocessor-Meshing

44、-Mesh-Volumes-Mapped-Concatenate-Area,選擇Pick all；(2) Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-Mapped-Concatenate-Lines,在命令行中輸入12,7回車,選擇APPLY,在命令行中輸入10,5回車,OK；12、 設(shè)定網(wǎng)格密度(1) Main MenuPreprocessor-Meshing-Size CntrlsPicked Lines,選擇線6和20,OK,在No. of element divisions框中輸入4,OK；(2) Main MenuPreprocessor-M

45、eshing-Size CntrlsPicked Lines,選擇線40,OK,在No. of element divisions框中輸入6,OK；(3) Utility MenuSelectEverything；(4) Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Global-Size,在element edge length框中輸入0.4,OK；13、 劃分網(wǎng)格:Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-Mapped4 to 6 sides,選擇Pick All；14、 定義求解類型及選項(1) Main

46、MenuSolution-Analysis Type-New Analysis,選擇Steady-State；(2) Main MenuSolution-Analysis Options,選擇Program-chosen；15、 施加對流載荷(1) Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cylindrical；(2) Utility MenuSelectEntities,選擇Nodes, By location, X,在Min, Max框中輸入ri1,OK；(3) Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal

47、-ConvectionOn Nodes,選擇Pick All, 輸入250/144及450,OK；16、 在AREMOTE組上施加溫度約束(1) Utility MenuSelectComp/AssemblySelect Comp/Assembly,選aremote;(2) Utility MenuSelectEntities,選擇Nodes, Attached to, On the Area all, OK；(3) Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-TemperatureOn Nodes,選擇Pick all,輸入45,OK；17、 施加與溫度有關(guān)的

48、對流邊界條件(1) Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments,在XY,YZ,ZX Angles框中輸入0,-90,OK;(2) Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt WP Origin,在Type of coordinate system菜單中,選擇Cylindrical 1,OK；(3) Utility MenuSelect Entities,選擇Nodes, By location, X, 在Min, Max框中輸入ri2,OK；(4) Main Menu

49、Solution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOn Nodes,選擇Pick All,在Film coefficient框中輸入-2,在Bulk temperature框中輸入100,OK;(5) Utility MenuSelectEverything；(6) Utility MenuPlotCtrlsSymbols,在Show pres and convect as菜單中選擇Arrow, OK;(7) Utility MenuPlotNodes；18、 恢復(fù)工作平面及坐標系統(tǒng)(1) Utility MenuWorkPlaneChange Active CS

50、toGlobal Cartesian；(2) Utility MenuWorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian；19、 設(shè)定載荷步選項: Main MenuSolution-Load Step Options-Time/FrequencTime and Substeps,在Number of substeps框中輸入50,設(shè)置Automatic time stepping為On；20、 求解:Main MenuSolution-Solve-Current LS21、 顯示溫度分布彩色云圖: Main MenuGeneral PostprocPlot Resu

51、lts-Contour Plot-Nodal Solu,選擇Temperature TEMP。ANSYS Verification Manual中關(guān)于穩(wěn)態(tài)熱分析的實例：VM58Centerline temperature of a heat generating wireVM92Insulted wall temperatureVM93Temperature dependent conductivityVM94Heat generating plateVM95Heat transfer from a cooling spineVM96Temperature distribution in a

52、short solid cylinderVM97Temperature distribution along a straight finVM98Temperature distribution along a tapered finVM99Temperature distribution in a trapezoidal finVM100Heat conductivity across a chimney sectionVM101Temperature distribution in a short solid cylinderVM102Cylinder with temperature d

53、ependent conductivityVM103Thin plate with a central heat sourceVM105Heat generation coil with temperature dependent conductivityVM108Temperature gradient across a solid cylinderVM118Centerline temperature of a heat generating wireVM160Solid cylinder with harmonic temperature loadVM161Heat flow from

54、a insulated pipeVM162Cooling of a circular fin of rectangular profileVM193Adaptive analysis of two-dimensional heat transfer with convection第四章瞬態(tài)傳熱分析一、瞬態(tài)傳熱分析的定義瞬態(tài)熱分析用于計算一個系統(tǒng)的隨時間變化的溫度場及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應(yīng)力分析。瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類似。主要的區(qū)別是瞬態(tài)熱分析中的載荷是隨時間變化的。為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷時間曲線分為載荷步。載荷時間曲

55、線中的每一個拐點為一個載荷步，如下圖所示。對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階越。二、瞬態(tài)熱分析中的單元及命令瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同。要了解每個單元的詳細說明，請參閱ANSYS Element Reference Guide。要了解每個命令的詳細功能，請參閱ANSYS Command Reference Guide。三、ANSYS 瞬態(tài)熱分析的主要步驟 建模 加載求解 后處理四、建模 確定jobname、title、units, 進入PREP7； 定義單元類型并設(shè)置選項； 如果需要，定義單元實常數(shù)； 定義材料熱性能：一般瞬態(tài)熱分析要定義導(dǎo)熱系數(shù)

56、、密度及比熱； 建立幾何模型； 對幾何模型劃分網(wǎng)格。關(guān)于建模及劃分網(wǎng)格，請參閱ANSYS Modeling and Meshing Guide。五、加載求解1、定義分析類型 如果第一次進行分析，或重新進行分析GUI: Main MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisTransientCommand: ANTYPE,TRANSIENT,NEW 如果接著上次的分析繼續(xù)進行（例如增加其它載荷）GUI: Main MenuSolutionAnalysis TypeRestartCommand: ANTYPE,TRANSIENT,REST2、獲得瞬態(tài)熱分析的初始條件、

57、定義均勻溫度場如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設(shè)定所有節(jié)點初始溫度Command:TUNIFGUI: Main Menu Solution-Loads-SettingsUniform Temp如果不在對話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認為參考溫度，參考溫度的值默認為零，但可通過如下方法設(shè)定參考溫度：Command:TREFGUI: Main Menu Solution-Loads-SettingsReference Temp注意：設(shè)定均勻的初始溫度，與如下的設(shè)定節(jié)點的溫度（自由度）不同Command:DGUI: Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Temperat

58、ureOn Nodes初始均勻溫度僅對分析的第一個子步有效；而設(shè)定節(jié)點溫度將保持貫穿整個瞬態(tài)分析過程，除非通過下列方法刪除此約束：Command:DDELEGUI: Main Menu Solution-Loads-Delete-Thermal-TemperatureOn Nodes、設(shè)定非均勻的初始溫度在瞬態(tài)熱分析中，節(jié)點溫度可以設(shè)定為不同的值：Command:ICGUI: Main Menu SolutionLoadsApply-Initial ConditnDefine如果初始溫度場是不均勻的且又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析確定初始條件： 設(shè)定載荷（如已知的溫度、熱對流等） 將時間積分設(shè)置為OFF：Command: TIMINT, OFFGUI: Main Menu PreprocessorLoads-Load Step Opts-Time/FrequencTime Integration 設(shè)定一個只有一個子步的，時間很小的載荷步（例如0.001）：Command: TIMEGUI: Main Menu PreprocessorLoads-Load S