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1、DS热分析介绍,热分析,在本章中， 将讲述如何在DS中进行稳态热分析： 几何模型和单元 环境，包括载荷和约束 求解模型 结果和后处理,稳态传热基础,稳态热分析是用于研究结构在稳态热载荷下的热响应。 温度和热流率通常是关心的量，虽然同时也能得到热通量。 通用热方程如下： 这里， t 是时间，T 是温度矩阵， C 是比热矩阵(热容)， K 是热传导矩阵，Q 是热流率载荷向量。 在稳态热分析中， 所有时间相关的项都不考虑， 但非线性现象还可能存在。,稳态传热基础,对于一个DS中的稳态热分析， 温度 T 是由如下的矩阵求解： 这就导致了如下的一些假设： 在稳态热分析中不考虑任何瞬态效应； K 可以是常
2、量或是温度的函数； 每种材料属性中都可输入温度相关的热传导率； Q 也可是常量或是温度的函数； 在对流边界条件中可以输入温度相关的对流传热膜系数,热分析使用的单元,在DS中， 可使用如下一些单元： 实体通常用10节点四面体单元或 20节点六面体单元划分 SOLID87和 SOLID90 面通常用 4节点 四边形壳单元划分 SHELL57 使用实常数 （SHELL131或SHELL132 目前已不使用） 线通常用 2节点 线单元划分 LINK33 使用实常数 LINK33 还需要DM中定义的等效截面积 对热应力分析，不使用耦合场单元。热应力分析顺序进行，因此可使用上面的热单元， 然后把温度场读进
3、相应的结构单元中。,材料属性,唯一需要的材料属性是传导系数。 材料输入在 “Engineering Data” 分支下，然后在 “Geometry”分支下指定每个part的材料。 传导系数 作为材料属性的 一个子分支输入。 温度相关的传导系数可以 用表输入。 比热 同样也可输入， 但目 前用不到。 其它的材料输入在热分析 中用不到。,如果存在任何温度相关的材料属性，都将导致非线性求解。这是因为，温度是要求解的量，而材料又取决于温度，因此求解不再是线性。,载荷,在热分析中有三种类型的载荷： 热负荷： 这类载荷往系统中输入能量 热负荷可以用已知的热流率或单位面积/体积上的热流率输入。 绝热条件：
4、这是自然产生的边界条件，此时没有热量从表面上流过。 热边界条件： 这些边界条件的作用如同已知温度条件下的热源或汇 这些边界条件可以是确定的温度或已知环境温度下的对流边界条件,热负荷,热流率（heat flow）: 热流率可以施加到点、边、或表面上。当有多次选择时，载荷会分布到这些选择对象上。 热流的单位是 能量/时间 (i.e., power). 热通量（heat flux）: 热通量只能施加到表面上。 热通量的单位是： 能量/时间/面积 (i.e., power/area) 内部生成热（internal heat generation）: 内部热生成速率只能施加到体上。 热生成的单位是： 能
5、量/时间/体积 正的热负荷值将会向系统中添加能量。 而且，如果有多个载荷存在，其效果是累加的。,绝热边界,完全绝热(perfectly insulated) 完全绝热条件施加到表面上； 可认为是零热流率加载 在热分析中，当不施加任何载荷时，它实际上是自然产生的边界条件 至少应存在一种类型的热边界条件，否则，如果热量源源不断地输入到系统中，稳态时的温度将会达到无穷大。 给定的温度或对流载荷不能施加到已经施加了某种热负荷或热边界条件的表面上。 如果施加到已经承受热载荷的实体上，温度边界条件将忽略 完全绝热条件将忽略其它的热边界条件,热边界条件,给定温度(temperature): 强加温度到点、线
6、、或面上 温度是求解的自由度，但这种热边界条件却使选定的实体有固定的温度值。 对流(convection): 只能施加到表面上 对流使“环境温度”与表面温度相关：,ANSYS中的热载荷,ANSYS中载荷的内部表示法： 边或点的热流是热流率 (F,HEAT) 面上的热通量或热流是面载荷 (SF,HFLUX) 内部生成热作为体载荷施加 (BFE,HGEN) 给定温度作为一种强制约束施加 (D,TEMP) 完全绝热条件会删除在DS中施加到那些面上的任何载荷 对流通过表面效应单元SURF152 定义, 热载荷总结,对一些 structural 的用户，提供一些结构分析与热分析的类比将会很有用。 这是一
7、些没有任何类比的载荷类型 对于像旋转速度、加速度之类的惯性载荷，没有热当量 对流边界条件的类比是一个结构分析中的“基础刚度”支撑， 类似于接地弹簧,结果和后处理,可得到各种结果用于后处理： 温度 热通量 “反作用” 热流率,温度场,可以请求温度场的云图显示: 温度是求解的自由度，且是请求的最基本的输出 温度是标量，因此，没有与之相关的方向.,热通量,热通量云图或矢量显示也可得到： 热通量 q 有下式定义： 且与温度梯度T有关。热通量输出有三个分量， 可以帮助用户看到热量是如何流动的。 云图显示“Total Heat Flux”大小 矢量显示“Vector Heat Flux”的大小和方向 在显示矢量时，用轮廓显示最清晰 热通量的分量可以用 “Directional Heat Flux” 请求，并可映射到任意坐标系下。,“反作用” 热流率,对任何给定的温度或对流边界条件，可得到 Reaction heat flow rate 给定的温度和对流都能直接或非直接地补充 一个已知的温度， 因此，它就相当于一个热源/汇，流入（正）或流出（负）支撑的热量就可以输出。 对每个单独的给定温度或对流载荷， Reaction heat flow rate会在求解之后在“Details view”中输出。,热分析实例,目标: 分析如下所示泵室的传热特性。,