ANSYS流体与热分析第10章热分析典型工程实例Word文件下载.docx

1、在计算分析过程中我们将手机看做三个组成部分：塑料外壳、手机内部材料和手机电池。忽略手机内部线路和芯片，可以将手机电池看做唯一热源。简化后的手机模型如图10-2所示，图中单位均为cm。本实例拟采用Solid Tet 10node 87单元进行分析。由于电池功率和环境温度均可视为恒定不变，因此分析类型为稳态。图10-2 简化后的手机模型由电池的电压和电流可以算得电池的功率：电池的体积为：电池的发热量：附带光盘“Ch10实例101_start” 附带光盘“Ch10实例101_end”附带光盘“AVICh10101.avi”1、定义分析文件名1、选择Utility MenuFileChange Job

2、name，在弹出的单元增添对话框中输入Example10-1，然后点击OK按钮。2、选择Main MenuPreferences，弹出Preferences for GUI Filtering对话框，点选Thermal复选框，单击OK按钮关闭该对话框。2、建立几何模型1、选择Main MenuPreprocesorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions，弹出Create Block by Dimension对话框。在X1、X2文本框中分别输入0、0.05，在Y1、Y2文本框中分别输入0、0.12，在Z1、Z2中分别输入0、0.025，如图10-3所示。2

3、、单击Apply按钮，在X1、X2文本框中分别输入0.002、0.048，在Y1、Y2文本框中分别输入0.002、0.118，在Z1、Z2中分别输入0.002、0.023，如图10-4所示。3、单击Apply按钮，在X1、X2文本框中分别输入0.005、0.045，在Y1、Y2文本框中分别输入0.04、0.09，在Z1、Z2中分别输入0.005、0.015，如图10-5所示。然后单击OK按钮关闭该对话框。图10-3 建立长方体模型对话框1 图10-4 建立长方体模型对话框2图10-4 建立长方体模型对话框34、选择Utility MenuPlotCtrlsView SettingViewing

4、 Direction，弹出Viewing Direction对话框，如图10-5进行设置，然后点击OK按钮关闭该对话框。（或点击按钮）。5、选择Utility MenuDevice Options，弹出Device Options对话框，单击/DEVI复选框中的Vector mode （wireframe），使其状态从Off变为On，如图10-6所示然后点击OK按钮关闭该对话框。模型的轮廓线条显示如图10-7所示。图10-5 视图方向对话框 图10-6 选择显示轮廓线对话框 6、选择Utility MenuNumbering，弹出Plot Numbering Controls对话框，点选ARE

5、A和VOLU选项，使其状态从Off变为On，如图10-8所示，单击OK按钮关闭该对话框。显示几何体和表面的编号。 图10-7 模型轮廓线 10-8 选择显示轮廓线对话框 图10-9 重叠体剪切菜单7、选择Main MenuOperateBooleansOverlapVolumes，弹出如图10-9所示的Overlap Volumes菜单，在文本框中输入1，2，然后单击OK按钮关闭该对话框。8、选择Main MenuNumbering CtrlsCompress Numbers，弹出Compress Numbers对话框，在Label下拉列表框中选择Areas，点击Apply按钮，然后选择Vol

6、umes，点击OK按钮关闭该对话框。9、选择Main MenuVolumes，弹出Overlap Volumes菜单，在文本框中输入1，2，然后单击OK按钮关闭该对话框。10、选择Main Menu11、选择Utility MenuPlotSpecified EntitiesVolumes，弹出Plot Specified Volumes对话框，在NV1文本框中输入1，单击Apply按钮，显示窗口中仅显示几何体1如图10-10所示；在NV1文本框中输入2，单击Apply按钮，显示窗口中仅显示几何体2如图10-11所示；在NV1文本框中输入3，单击OK按钮，显示窗口中仅显示几何体3如图10-12

7、所示。从图中可以看出，几何体1为手机电池模型，其外表面的编号为1318；几何体2为手机外壳模型，其外表面的编号为16；几何体3为手机内部材料模型，其外表面的编号为712。图10-10 手机电池模型 图10-11 手机外壳模型 图10-12 手机内部结构模型3、定义材料属性Material PropsMaterial Models，弹出Define Material Model Behavior对话框。2、在Material Models Available列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项，弹出Conductivity for Material N

8、umber 1对话框，在文本框中输入锂电池的导热系数84.8，单击OK按钮关闭该对话框。3、在Define Material Model Behavior对话框中选择MaterialNew Model，弹出Define Material ID对话框，在文本框中输入材料参数号2，单击OK按钮关闭该对话框。4、在Material Models Available列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项，弹出Conductivity for Material Number 1对话框，在文本框中输入塑料外壳的导热系数0.18，单击OK按钮关闭该对话框。5、在De

9、fine Material Model Behavior对话框中选择MaterialNew Model，弹出Define Material ID对话框，在文本框中输入材料参数号3，单击OK按钮关闭该对话框。6、在Material Models Available列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项，弹出Conductivity for Material Number 1对话框，在文本框中输入内部材料的导热系数10，单击OK按钮关闭该对话框。7、最后关闭Define Material Model Behavior对话框。4、定义单元类型Element

10、TypeAdd/Edit/Delete，弹出Element Type对话框。单击Add按钮，弹出如图10-13所示的Library of Element Types对话框，在Library of Element Types选项栏中分别选择Thermal Solid、Tet 10node 87选项，然后单击OK关闭该对话框。2、单击Element Type对话框上的Close按钮关闭该对话框。图10-13 定义单元类型对话框5、划分网格PreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize，弹出Global Element Sizes对话框，在SIZ

11、E文本框中输入0.002，单击OK按钮关闭该对话框。图10-14 定义网格尺寸对话框Mesh AttributesDefault Attribs，弹出Meshing Attributes对话框，在MAT下拉列表框中选择1，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。3、选择Main MenuMeshFree，弹出Mesh Volumes菜单，在文本框中输入1，然后点击OK按钮开始划分锂电池模型的网格。4、选择Main MenuDefault Attribs，弹出Meshing Attributes对话框，在MAT下拉列表框中选择2，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。5、选择M

12、ain MenuFree，弹出Mesh Volumes菜单，在文本框中输入2，然后点击OK按钮开始划分手机外壳模型的网格。6、选择Main MenuDefault Attribs，弹出Meshing Attributes对话框，在MAT下拉列表框中选择3，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。Free，弹出Mesh Volumes菜单，在文本框中输入3，然后点击OK按钮开始划分手机内部材料模型的网格。6、施加边界条件SolutionDefine LoadsApplyThermalConvectionOn Areas，弹出Apply CONV on Areas菜单，在文本框中输入1，2

13、，3，4，5，6，如图10-15所示，单击OK按钮关闭该菜单。弹出Apply CONV on Areas对话框，在VALI文本框中输入50，在VAL2I文本框中输入20，如图10-16所示，然后单击OK按钮完成设置。Heat GeneratOn Volumes，弹出如图10-17所示的Apply HGEN on VLs菜单，在文本框中输入1，然后点击OK按钮关闭该对话框。弹出Apply HGEN on volume对话框，在VALUE文本框中输入138750，如图10-18所示，然后单击OK按钮关闭该对话框。 图10-15 定义对流换热面菜单 图10-16 定义对流换热面对话框图10-17 定

14、义生热体菜单 图10-18 定义生热体对话框7、定义求解类型选择Main MenuAnalysis TypeNew Analysis，弹出New Analysis对话框，选择分析类型为Steady-state，单击OK按钮关闭该对话框。8、求解SelectEverything，选择Utility MenufileSave as命令,弹出Save Dtabase对话框,在Save Dtabase to文本框中输入101_start.db, 保存上述操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。SolveCurrent LS，出现Solve Current Load Step对话框，同时出现/STAT Co

15、mmand窗口，仔细阅读/STAT Command窗口中的内容，然后点击Close按钮，关闭/STAT Command窗口。点击Solve Current Load Step对话框中的OK按钮，ANSYS开始求解计算。求解结束后，出现Solution is done对话框，点击Close按钮关闭该对话框。3、选择Utility MenuSave as命令,弹出Save Dtabase对话框,在Save Dtabase to文本框中输入101_end.db, 保存求解结果，单击OK按钮关闭该对话框。9、查看求解结果General PostprocList ResultsNodal Solutio

16、n，弹出List Nodal Solution对话框，在Item to be listed列表框中选择Nodal SolutionDOF solutionNodal Temperature选项，如图10-19所示，单击OK按钮，ANSYS显示窗口显示如图10-20所示的各节点的温度值。2、选择Utility MenuDevice Options，弹出Device Options对话框，单击/DEVI复选框中的Vector mode （wireframe），使其状态从On变为Off。Plot ResultsContour PlotNodal Solu，弹出如图10-21所示的Contour No

17、dal Solution Data对话框，在Item to be contoured列表框中选择Nodal SolutionNodal Temperature选项，单击OK按钮，ANSYS显示窗口显示如图10-22所示的手机温度分布的等值线云图。图10-19 列表求解节点温度对话框 图10-20 各节点温度显示列表图10-21 显示节点温度对话框图10-22 手机温度分布等值线云图10.2 工程实例2冷库复合隔热板热量流动分析该算例为冷库复合隔板热量流动分析，如图10-23为冷库复合隔热板的局部示意图，该复合隔热板由两部分组成：隔热板的骨架有导热系数为20 W/m的钢材料制成，在隔热板内部均匀

18、交叉排列两层导热系数为0.1W/m的隔热材料。隔热板的尺寸以及板两个表面的空气温度和对流换热系数已经在图中表示出。试求：（1）在给定长度的隔热板上的热流量；（2）给出隔热板的温度分布；（3）给出热流量的矢量图。图10-23 复合式隔热板结构本实例拟采用Solid 8node 77单元进行分析，分析类型为稳态。附带光盘“Ch10实例102_start” 附带光盘“Ch10实例102_end”附带光盘“AVICh10102.avi”Change Jobname，在弹出的单元增添对话框中输入Example10-2，然后点击OK。AreasRectangleBy Dimensions，弹出Create

19、 Rectangle by Dimensions对话框，在X1、X2对话框中分别输入0、0.0525，在Y1、Y2中分别输入0、0.0675，如图10-24所示。2、单击Apply按钮，在X1、X2对话框中分别输入0.0025、0.0225，在Y1、Y2中分别输入0.0025、0.03255，如图10-25所示。3、单击Apply按钮，在X1、X2对话框中分别输入0.0025、0.0225，在Y1、Y2中分别输入0.035、0.065，如图10-26所示。4、单击Apply按钮，在X1、X2对话框中分别输入0.0275、0.0475，在Y1、Y2中分别输入0、0.015，如图10-27所示。5

20、、单击Apply按钮，在X1、X2对话框中分别输入0.0275、0.0475，在Y1、Y2中分别输入0.0175、0.475，如图10-28所示。6、单击Apply按钮，在X1、X2对话框中分别输入0.0275、0.0475，在Y1、Y2中分别输入0.05、0.675，点击OK结束，如图10-29所示。建立好的平面模型如图10-30所示。图10-24 建立长方形几何面对话框1 图10-25 建立长方形几何面对话框2图10-26 建立长方形几何面对话框3 图10-27 建立长方形几何面对话框4图10-28 建立长方形几何面对话框5 图10-29 建立长方形几何面对话框6图10-30 平面几何模型

21、Areas，弹出如图10-31所示的Overlap Areas菜单，用鼠标左键点选钢材料墙体平面和任意一个隔热材料平面，然后在Overlap Areas菜单中单击OK按钮。8、接下来继续选择Main MenuAreas，在Overlap Areas菜单中继续用鼠标左键点选钢材料墙体和另一个隔热材料平面，然后单击OK按钮。9、对其余的隔热材料平面重复上述操作，将剩下的隔热材料平面分离出来。10、选择Utiity MenuNumbering，弹出如图10-32所示的Plot Numbering Controls对话框。选择AREA选项，使其状态由Off变为On。单击OK关闭该对话框。11、选择Ma

22、in MenuCompress Numbers，弹出Compress Numbers对话框，在Label下拉列表框中选择Areas，点击OK按钮关闭该对话框。12、选择Utiity MenuAreas，建立完毕的几何模型如图10-33所示。图10-31 平面分离菜单 图10-32 显示平面编号对话框图10-33 完成后的平面几何模型3、定义分析单元单击Add按钮，弹出如图10-34所示的Library of Element Types对话框，在Library of Element Types选项栏中分别选择Thermal Solid、8node 77选项，然后单击OK关闭该对话框。图10-34

23、 定义单元类型对话框4、定义材料属性2、在Material Models Available列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项，弹出Conductivity for Material Number 1对话框，在文本框中输入钢的导热系数20，如图10-35所示，单击OK按钮关闭该对话框。4、在Material Models Available列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项，弹出Conductivity for Material Number 1对话框，在文本框中输入隔热材料的导热系数0.1，如图10-

24、36所示，单击OK按钮关闭该对话框。最后关闭Define Material Model Behavior对话框。图10-35 定义钢的导热系数 图10-36 定义隔热材料的导热系数LinesAll Lines，弹出Element Sizes on All Selected Lines对话框，在SIZE文本框中输入0.0025，如图10-37所示，单击OK按钮关闭该对话框。图10-37 定义网格单元尺寸对话框Default Attribs，弹出Meshing Attributes对话框，在MAT下拉列表框中选择1，其余选项采用默认设置，如图10-38所示，单击OK按钮关闭该对话框。图10-38 定义网格属性对话框Free，弹出Mesh Areas菜单，用鼠标左键点选钢材料框架的平面，然后点击OK按钮开始划分钢材料模型的网格。网格如图10-39所示。Free，弹出Mesh Areas菜单，用鼠标左键点选5个隔热材料平面，然后点击OK按钮开始划分网格。网格如图10-40所示。图10-39 钢材料模型的网格 图10-40 整体网格Def