瞬态热分析实例钢球淬火过程温度分析.docx

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瞬态热分析实例钢球淬火过程温度分析

模型[]

一个直径为

，温度为

的钢球突然放入温度为

的水中，表面传热系数

，计算

后钢球的温度场分布和球心温度随时间的变化规律。

钢球材料性能如下：

密度：

、热导率：

、比热容：

1．设置环境

设置分析模块。

本例是温度分布分析，所以只需要选择热分析模块，这样就可以把结构分析模块、电磁场分析模块和流体分析模块的菜单都过滤掉。

设置如图

2．定义单元类型和材料属性

对于我们的钢球的热传导问题，看似是一个三维问题，但由对称性可简化为二维的轴对称问题，下面我们将进行相关设置。

1　选择单元类型。

如图：

2　定义轴对称问题。

3　定义材料属性。

对于该热传导问题，需要定义的材料属性有：

密度：

、热导率：

、比热容：

，定义方式如图。

3．建立模型及网格划分

1　建立模型。

建立模型方法较为简单，使用如下模块即可：

2　设定划分网格密度。

按照如下方式划分网格。

3　为模型划分网格。

选择PickAll即可，最终网格划分如图：

4．定义分析类型

我们的热传导问题是非稳态问题，定义为非稳态。

5．施加初始条件与边界条件

初始温度为

，边界为第三类边界条件，外界温度为

，对流换热系数

。

定义位置如图：

（在这里似乎每次运算前都要重新定义初始温度，不知是不是ANSYS的本身的缺陷。

）

6．求解

1　设置时间与时间步参数。

我们计算实际是60s。

至于图中【AUTOTS】的设置是设置为自动时间步长。

设置Stepped和Ramped选项。

如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为Stepped（阶跃）选项；如果载荷值随时间线性变化，则要设定为Ramped（斜坡）选项。

对于这里的热传导，对流换热系数恒定，设定为Stepped。

（在这里，除了总时间其他都可以默认设置，具体还需根据具体要求来。

）

时间积分效果设置。

如果将此选项设置为OFF，将进行稳态热分析。

（这里和前面分析类型的设置似乎有重复，但似乎必须这样设置。

）

2　设置输出控制。

对于这里的非稳态问题，要求每一步的结果都予以保留。

3　求解。

7．后处理

1　查看第60秒时刻温度分布。

读入结果，如下图，在【TIME】后的文本框中输入“60”，即读入第60秒的数据。

显示结果，选择如图：

得到第60秒时的温度分布，如图：

2　查看球心在60秒内温度变化。

选择球心点，具体不在详述。

如图：

图形具体显示可通过UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Graphs>ModifyAxes，进行修改。

内外边界温度变化如图：

3　生成动画。

通过UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>AnimateOverTime生成动画，设置如图