ansysworkbench热分析教程.docx
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ansysworkbench热分析教程
6-1
•本章练习稳态热分析的模拟,包括:
A.几何模型
B.组件-实体接触
C.热载荷
D.求解选项
E.结果和后处理
F.作业6.1
•本节描述的应用一般都能在ANSYSDesignSpaceEntra或更高版本中使用,除了ANSYSStructural
•提示:
在ANSYS热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析
•对于一个稳态热分析的模拟,温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得:
•假设:
[K(T
)]{T}=
{Q(T)}
–在稳态分析中不考虑瞬态影响
–[K]可以是一个常量或是温度的函数
–{Q}可以是一个常量或是温度的函数
•上述方程基于傅里叶定律:
•固体部的热流〔Fourier’sLaw〕是[K]的根底;
•热通量、热流率、以及对流在{Q}为边界条件;
•对流被处理成边界条件,虽然对流换热系数可能与温度相关
•在模拟时,记住这些假设对热分析是很重要的。
•热分析里所有实体类都被约束:
–体、面、线
•线实体的截面和轴向在DesignModeler中定义
•热分析里不可以使用点质量〔PointMass〕的特性
•壳体和线体假设:
•唯一需要的材料特性是导热性〔ThermalConductivity〕
•ThermalConductivity在EngineeringData中输入
•温度相关的导热性以表格形式输入
•对于构造分析,接触域是自动生成的,用于激活各部件间的热传导
–如果部件间初始就已经接触,则就会出现热传导。
–如果部件间初始就没有接触,则就不会发生热传导〔见下面对pinball的解释
〕。
–总结:
ContactType
HeatTransferBetweenPartsinContactRegion?
InitiallyTouching
InsidePinballRegion
OutsidePinballRegion
Bonded
Yes
Yes
No
NoSeparation
Yes
Yes
No
Rough
Yes
No
No
Frictionless
Yes
No
No
Frictional
Yes
No
No
–Pinball区域决定了什么时候发生接触,并且是自动定义的,同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距。
•如果接触是Bonded〔绑定的〕或noseparation〔无别离的〕,则当面出现在pinballradius时就会发生热传导〔绿色实线表示〕。
PinballRadius
右图中,两部件间的间距大于pinball区域,因此在这两个部件间会发生热传导。
•默认情况下,假设部件间是完美的热接触传导,意味着界面上不会发生温度降
•实际情况下,有些条件削弱了完美的热接触传导:
–穿过接触界面的热流速,由接触热通量q决定:
q=TCC
target
-Tcontact)
–式中Tcontact是一个接触节点上的温度,Ttarget是对应目标节点上的温度
–默认情况下,基于模型中定义的最大材料导热性K**和整个几何边界框的对角线ASMDIAG,TCC被赋以一个相对较大的值。
TCC
=K**
⋅10,000/
ASMDIAG
–这实质上为部件间提供了一个完美接触传导
•在ANSYSProfessional或更高版本,用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日方程定义一个有限热接触传导〔TCC〕。
–在细节窗口,为每个接触域指定TCC输入值
–如果接触热阻,则它的相反数除以接触面积就可得到TCC值
•Spotweld〔点焊〕提供了离散的热传导点:
–Spotweld在CAD软件中进展定义〔目前只有DesignModeler和Unigraphics可用〕。
•热流量:
–热流速可以施加在点、边或面上。
它分布在多个选择域上。
–它的单位是能量比上时间〔energy/time〕
•完全绝热〔热流量为0〕:
•热生成:
–部热生成只能施加在实体上
–它的单位是能量比上时间在除以体积〔energy/time/volume〕
正的热载荷会增加系统的能量。
温度、对流、辐射:
•完全绝热条件将忽略其它的热边界条件
•对流:
–只能施加在面上〔二维分析时只能施加在边上〕
–对流q由导热膜系数h,面积A,以及外表温度Tsurface与环境温度Tambient的差值
•与温度相关的对流:
–为系数类型选择Tabular(Temperature)
–输入对流换热系数-温度表格数据
–在细节窗口中,为h(T)指定温度的处理方式
•几种常见的对流系数可以从一个样本文件中导入。
新的对流系数可以保存在文件中。
•辐射:
–施加在面上〔二维分析施加在边上〕
(44)
–式中:
QR=σεFATsurface
-Tambient
•ó=斯蒂芬一玻尔兹曼常数
•å=放射率
•A=辐射面面积
•F=形状系数〔默认是1〕
–只针对环境辐射,不存在于面面之间〔形状系数假设为1〕
–斯蒂芬一玻尔兹曼常数自动以工作单位制系统确定
•从Workbenchtoolbo*插入Steady-StateThermal将在projectschematic里建立一个SSThermalsystem〔SS热分析〕
•在Mechanical里,可以使用AnalysisSettings为热分析设置求解选项。
–注意,第四章的静态分析中的AnalysisDataManagement选项在这里也可以使用。
•为了实现热应力求解,需要在求解时把构造分析关联到热模型上。
•在StaticStructural中插入了一个importedload分支,并同时导入了施
•后处理可以处理各种结果:
–温度
–热通量
–反作用的热流速
–用户自定义结果
•模拟时,结果通常是在求解前指定,但也可以在求解完毕后指定。
•温度:
–温度是标量,没有方向
•可以得到热通量的等高线或矢量图:
–热通量q定义为
q=-K**
⋅∇T
–可以指定TotalHeatFlu*〔整体热通量〕和DirectionalHeatFlu*〔方向热通量〕
•对给定的温度、对流或辐射边界条件可以得到响应的热流量:
–通过插入probe指定响应热流量,或
–用户可以交替的把一个边界条件拖放到Solution上后搜索响应
•作业6.1–稳态热分析
•目标:
–分析图示泵壳的热传导特性