ANSYS熱分析解析

1、第一章簡(jiǎn) 介一、熱分析的目的熱分析用于計(jì)算一個(gè)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(jī)、渦輪機(jī)、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(jì)算各節(jié)點(diǎn)的溫度，并導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。· ans

2、ys熱分析包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)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(wèn)題。三、ansys 熱分析分類(lèi)· 穩(wěn)態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化· 瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)的溫度場(chǎng)隨時(shí)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(shí)一、符號(hào)與單位項(xiàng)目國(guó)際單位英制單位ansys代號(hào)長(zhǎng)度mft時(shí)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

3、系數(shù)w/m-btu/sec-ft-ofkxx對(duì)流系數(shù)w/m2-btu/sec-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(duì)于一個(gè)封閉的系統(tǒng)（沒(méi)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(dòng)能；系統(tǒng)勢(shì)能；l 對(duì)于大多數(shù)工程傳熱問(wèn)題：；l 通常考慮沒(méi)有做功：, 則：；l 對(duì)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(duì)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

4、兩個(gè)物體之間或一個(gè)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)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(duì)流熱對(duì)流是指固體的表面與它周?chē)佑|的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換。熱對(duì)流可以分為兩類(lèi)：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。熱對(duì)流用牛頓冷卻方程來(lái)描述：，式中h為對(duì)流換熱系數(shù)（或稱(chēng)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?chē)黧w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(guò)程。物體溫度越高，單位時(shí)間輻射的熱量越多。熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流都需要有傳熱介質(zhì)，而熱輻射無(wú)須任何介質(zhì)。實(shí)質(zhì)

5、上，在真空中的熱輻射效率最高。在工程中通?？紤]兩個(gè)或兩個(gè)以上物體之間的輻射，系統(tǒng)中每個(gè)物體同時(shí)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(lái)計(jì)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5.67×10-8w/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(duì)溫度，為輻射面2的絕對(duì)溫度。由上式可以看出，包含熱輻射的熱分析是高度非線(xiàn)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(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化。穩(wěn)態(tài)

6、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(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；為節(jié)點(diǎn)溫度向量；為節(jié)點(diǎn)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(guò)程是指一個(gè)系統(tǒng)的加熱或冷卻過(guò)程。在這個(gè)過(guò)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(shí)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(dá)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(duì)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(diǎn)溫度向量；為溫度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù);為節(jié)點(diǎn)熱流率向量，包含熱生成。六、線(xiàn)性與非線(xiàn)性如果有下列情況產(chǎn)生

7、，則為非線(xiàn)性熱分析：、材料熱性能隨溫度變化，如k(t),c(t)等；、邊界條件隨溫度變化，如h(t)等；、含有非線(xiàn)性單元；4、 考慮輻射傳熱非線(xiàn)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(duì)流、輻射、絕熱、生熱。八、熱分析誤差估計(jì)· 僅用于評(píng)估由于網(wǎng)格密度不夠帶來(lái)的誤差；· 僅適用于solid或shell的熱單元（只有溫度一個(gè)自由度）；· 基于單元邊界的熱流密度的不連續(xù)；· 僅對(duì)一種材料、線(xiàn)性、穩(wěn)態(tài)熱分析有效；· 使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分可以對(duì)誤差進(jìn)行控制。第三章穩(wěn)態(tài)傳熱分

8、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(duì)系統(tǒng)或部件的影響。通常在進(jìn)行瞬態(tài)熱分析以前，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過(guò)有限元計(jì)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(xiàn)性：link32兩維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元link33三維二節(jié)點(diǎn)熱傳導(dǎo)單元link34二節(jié)點(diǎn)熱對(duì)流單元link31二節(jié)點(diǎn)熱輻射單元二維實(shí)體：plane55四節(jié)點(diǎn)四邊形單元plane77八節(jié)點(diǎn)四邊形單元plane35三節(jié)點(diǎn)三角形單元plane75四節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱(chēng)單元plane78八節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱(chēng)單元三維實(shí)體soli

9、d87六節(jié)點(diǎn)四面體單元solid70八節(jié)點(diǎn)六面體單元solid90二十節(jié)點(diǎn)六面體單元?dú)hell57四節(jié)點(diǎn)點(diǎn)mass71有關(guān)單元的詳細(xì)解釋?zhuān)?qǐng)參閱ansys element reference guide三、ansys穩(wěn)態(tài)熱分析的基本過(guò)程ansys熱分析可分為三個(gè)步驟：· 前處理：建模· 求解：施加載荷計(jì)算· 后處理：查看結(jié)果1、建模、確定jobname、title、unit；、進(jìn)入prep7前處理，定義單元類(lèi)型，設(shè)定單元選項(xiàng)；、定義單元實(shí)常數(shù)；、定義材料熱性能參數(shù)，對(duì)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(qǐng)

10、參閱ansys modeling and meshing guide。2、施加載荷計(jì)算1、 定義分析類(lèi)型l 如果進(jìn)行新的熱分析：command: antype, static, newgui: main menu>solution>-analysis type->new analysis>steady-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 menu>solution>analysis type->restart2、 施加載荷可以直接在實(shí)體模型或單元模型上施加五

11、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 menu>solution>-loads-apply>-thermal-temperatureb、熱流率熱流率作為節(jié)點(diǎn)集中載荷，主要用于線(xiàn)單元模型中(通常線(xiàn)單元模型不能施加對(duì)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(diǎn)，即單元獲取熱量。如果溫度與熱流率同時(shí)施加在一節(jié)點(diǎn)上則ansys讀取溫度值進(jìn)行計(jì)算。注意：如果在實(shí)體單元的某一節(jié)點(diǎn)上施加熱流率，則此節(jié)點(diǎn)周?chē)膯卧芤恍?，在兩種導(dǎo)熱系數(shù)差別很大的兩個(gè)單元的公共節(jié)點(diǎn)上施加熱流率時(shí)，尤其要注意。

12、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(huì)更精確些。command family: fgui：main menu>solution>-loads-apply>-thermal-heat flowc、對(duì)流對(duì)流邊界條件作為面載施加于實(shí)體的外表面，計(jì)算與流體的熱交換，它僅可施加于實(shí)體和殼模型上，對(duì)于線(xiàn)模型，可以通過(guò)對(duì)流線(xiàn)單元link34考慮對(duì)流。command family: sfgui：main menu>solution>-loads-apply>-thermal-convectiond、熱流密度熱流密度也是一種面載。當(dāng)通過(guò)單位面積的熱流率已知或通過(guò)

13、flotran cfd計(jì)算得到時(shí)，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(shí)體和殼單元。熱流密度與對(duì)流可以施加在同一外表面，但ansys僅讀取最后施加的面載進(jìn)行計(jì)算。command family: fgui：main menu>solution>-loads-apply>-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 menu>solution>-loads-apply>

14、-thermal-heat generat、確定載荷步選項(xiàng)對(duì)于一個(gè)熱分析，可以確定普通選項(xiàng)、非線(xiàn)性選項(xiàng)以及輸出控制。a. 普通選項(xiàng)· 時(shí)間選項(xiàng)：雖然對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析，時(shí)間選項(xiàng)并沒(méi)有實(shí)際的物理意義，但它提供了一個(gè)方便的設(shè)置載荷步和載荷子步的方法。command: timegui: main menu>solution>-load step opts-time/frequenc>time-time step/time and substps· 每載荷步中子步的數(shù)量或時(shí)間步大小：對(duì)于非線(xiàn)性分析，每一載荷步需要多個(gè)子步。command: nsubstgui: mai

15、n menu>solution>-load step opts->time/frequenc>time and substpscommand: deltimgui: main menu>solution>-load step opts->time/frequenc>time-time step· 遞進(jìn)或階越選項(xiàng)：如果定義階越(stepped)選項(xiàng)，載荷值在這個(gè)載荷步內(nèi)保持不變；如果為遞進(jìn)(ramped)選項(xiàng)，則載荷值由上一載荷步值到本載荷步值隨每一子步線(xiàn)性變化。command: kbcgui: main menu>solution

16、>-load step opts-time/frequenc>time-time step/time and substpsb. 非線(xiàn)性選項(xiàng)· 迭代次數(shù)：本選項(xiàng)設(shè)置每一子步允許的最多的迭代次數(shù)。默認(rèn)值為25，對(duì)大數(shù)熱分析問(wèn)題足夠。command: neqitgui: main menu>solution>-load step opts-nolinear>equilibrium iter· 自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng): 對(duì)于非線(xiàn)性問(wèn)題，可以自動(dòng)設(shè)定子步間載荷的增長(zhǎng)，保證求解的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。command: autotsgui: main menu>so

17、lution>-load step opts-time/frequenc>time-time step/time and substps· 收斂誤差：可根據(jù)溫度、熱流率等檢驗(yàn)熱分析的收斂性。command: cnvtolgui: main menu>solution>-load step opts-nolinear>convergence crit· 求解結(jié)束選項(xiàng)：如果在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，達(dá)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 menu>solution>-load s

18、tep opts-nolinear>criteria to stop· 線(xiàn)性搜索：設(shè)置本選項(xiàng)可使ansys用newton-raphson方法進(jìn)行線(xiàn)性搜索。command: lnsrchgui: main menu>solution>-load step opts-nolinear>line search· 預(yù)測(cè)矯正：本選項(xiàng)可激活每一子步第一次迭代對(duì)自由度求解的預(yù)測(cè)矯正。command: predgui: main menu>solution>-load step opts-nolinear>predictorc. 輸出控制·

19、; 控制打印輸出：本選項(xiàng)可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out 文件中。command: outprgui: main menu>solution>-load step opts-output ctrls>solu printout· 控制結(jié)果文件：控制*.rth的內(nèi)容。command: outres gui: main menu>solution>-load step opts-output ctrls>db/results file、確定分析選項(xiàng)a. newton-raphson選項(xiàng)（僅對(duì)非線(xiàn)性分析有用）command: nropt gui: mai

20、n menu>solution>analysis optionsb. 選擇求解器：可選擇如下求解器中一個(gè)進(jìn)行求解：· frontal solver(默認(rèn)）· jacobi conjugate gradient(jcg) solver· jcg out-of-memory solver· incomplete cholesky conjugate gradient(iccg) solver· pre-conditioned conjugate gradient solver(pcg)· iterative(automatic

21、 solver selection option)command: eqslv gui: main menu>solution>analysis options注意：熱分析可選用iterative選項(xiàng)進(jìn)行快速求解，但如下情況除外：· 熱分析包含surf19或surf22或超單元；· 熱輻射分析；· 相變分析· 需要restart an analysisc. 確定絕對(duì)零度：在進(jìn)行熱輻射分析時(shí)，要將目前的溫度值換算為絕對(duì)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: m

22、ain menu>solution>analysis options5、 保存模型: 點(diǎn)擊ansys工具條save_db。、求解command: solvegui: main menu>solution>current ls3、后處理ansys將熱分析的結(jié)果寫(xiě)入*.rth文件中，它包含如下數(shù)據(jù)：基本數(shù)據(jù)：· 節(jié)點(diǎn)溫度導(dǎo)出數(shù)據(jù)：· 節(jié)點(diǎn)及單元的熱流密度· 節(jié)點(diǎn)及單元的熱梯度· 單元熱流率· 節(jié)點(diǎn)的反作用熱流率· 其它對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析，可以使用post1進(jìn)行后處理，關(guān)于后處理的完整描述，可參閱ansys basic

23、analysis procedures guide。進(jìn)入post1后，讀入載荷步和子步：command: set gui: main menu>general postproc>-read results-by load step可以通過(guò)如下三種方式查看結(jié)果：· 彩色云圖顯示command: plnsol, plesol, pletab等gui: main menu>general postproc>plot results>nodal solu, element solu, elem table· 矢量圖顯示command: plvectgu

24、i: main menu>general postproc>plot results>pre-defined or userdefined· 列表顯示command: prnsol, presol, prrsol等gui: main menu>general postproc>list results>nodal solu, element solu, reaction solu詳細(xì)過(guò)程請(qǐng)參閱ansys basic analysis procedures guide。實(shí)例1：某一潛水艇可以簡(jiǎn)化為一圓筒，它由三層組成，最外面一層為不銹鋼，中間為玻纖隔

25、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(zhǎng)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(duì)流系數(shù)2.5btu/hr.ft2.of海水對(duì)流系數(shù)80btu/hr.ft2.of沿垂直于圓筒軸線(xiàn)作橫截面，得到一圓環(huán)，取其中1度進(jìn)行分析,如圖示。以下分別列出log文件和菜單文件。/filename, steady1/titl

26、e, 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(duì)流系數(shù)(btu/hr.ft

27、2.of)hsea=80!海水的對(duì)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)定為映射網(wǎng)格劃分mat,1a

28、mesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,3/solusfl,11,conv,hair,tair!施加空氣對(duì)流邊界sfl,1,conv,hsea,tsea!施加海水對(duì)流邊界solve/post1plnsol！輸出溫度彩色云圖finish菜單操作:1. utility menu>file>change jobename, 輸入steady1；2. utility menu>file>change title,輸入steady-state thermal analysis of submarine；3. 在命令行輸入:/units, bft；4. main

29、menu: preprocessor；5. main menu: preprocessor>element type>add/edit/delete,選擇plane55；6. main menu: preprocessor>material prop>-constant-isotropic,默認(rèn)材料編號(hào)為1,在kxx框中輸入8.27,選擇apply,輸入材料編號(hào)為2,在kxx框中輸入0.028,選擇apply,輸入材料編號(hào)為3,在kxx框中輸入117.4；7. main menu: preprocessor>-modeling->create>-are

30、as-circle>by dimensions ,在rad1中輸入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->glue>area,選擇pick all；9. main menu: prepro

31、cessor>-meshing-size contrls>-lines-picked lines,選擇不銹鋼層短邊,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(gè)長(zhǎng)邊,在ndiv中輸入16；10. main menu: preprocessor>-attributes-define>picked 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. ma

32、in menu: preprocessor>-meshing-mesh>-areas-mapped>3 or 4 sided,選擇pick all；12. main menu: solution>-loads-apply>-thermal-convection>on 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: g

33、eneral postproc>plot results>-contour plot-nodal solu,選擇temperature。實(shí)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，接管外徑為0.5英尺，壁厚為0.1英尺，罐與接管的軸線(xiàn)垂直且接管遠(yuǎn)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(duì)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(duì)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/i

34、n3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(duì)流系數(shù)*426405352275221btu/hr-ft2-of*接管內(nèi)壁對(duì)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,1,8.35/1

35、2,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12！導(dǎo)熱系數(shù)mpdata,c,1,0.133,0.177,0.119,0.122,0.125！比熱mpdata,hf,2,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144！接管對(duì)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(zhǎng)ri2=0.4！接管內(nèi)半徑ro2=0.5！接管外半徑z2=2！接管長(zhǎng)！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(xiàn)cylind,ri2,ro2,z2,-90！1/4

36、接管wpstyl,defa！將工作平面恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)vovlap,1,2！進(jìn)行overlap布爾操作/pnum,volu,1！打開(kāi)實(shí)體編號(hào)/view,-3,-1,1！定義顯示角度/type,4/title, volumes used in building pipe/tank junctionvplot！顯示實(shí)體vdele,3,4,1！刪除多余實(shí)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 sh

37、owing the portion being modeledaplot/noeraselplot/eraseaccat,all！組合罐遠(yuǎn)端的面及線(xiàn)，為映射劃分網(wǎng)！格作準(zhǔn)備lccat,12,7lccat,10,5lesize,20,4！在接管壁厚方向分4等分lesize,40,6！在接管長(zhǎng)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(rèn)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(diǎn)與單元/pnum,defa/title, elements i

38、n 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(xiàng)為program-chosen ！newton-raphsontunif,450！設(shè)定初始所有節(jié)點(diǎn)溫度csys,1！變?yōu)橹鴺?biāo)nsel,s,loc,x,ri1！選擇罐內(nèi)表面的節(jié)點(diǎn)sf,all,conv,250/144,450！定義對(duì)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(diǎn)d,all,temp,450！定義節(jié)點(diǎn)溫度wprota,0,-90！將工作平面旋轉(zhuǎn)到垂直

39、于接管軸線(xiàn)cswpla,11,1！創(chuàng)建局部柱坐標(biāo)nsel,s,loc,x,ri2！選擇接管內(nèi)壁的節(jié)點(diǎn)sf,all,conv,-2,100！定義對(duì)流邊界條件allsel！選擇everything/pbc,temp,1！顯示所有溫度約束/psf,conv,2！顯示所有對(duì)流邊界/title,boundary conditionsnplot！顯示節(jié)點(diǎn)wpstyle,defa！工作平面恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)csys,0！變?yōu)橹苯亲鴺?biāo)autots,on！打開(kāi)自動(dòng)步廠長(zhǎng)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(jìn)行求解finish！進(jìn)入后處理/post1

40、/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(biāo)題:utility menu>file>change 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(lèi)型:main menu>preprocesor>element type>add/edit/delete,選擇thermal solid, bricc

41、k 20 node 90號(hào)單元;4、 定義材料屬性(1) main menu>preprocessor>material props>-constant->isotropic,默認(rèn)材料編號(hào)1,在density框中輸入0.285;(2) main menu>preprocessor>material props>-temp dependent->temp table,輸入溫度70,200,300,400,500;(3) main menu>preprocessor>material props>-temp dependent-&g

42、t;prop table,選擇導(dǎo)熱系數(shù)kxx,材料編號(hào)為1,輸入與溫度表對(duì)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(hào)為1,輸入0.113,0.117,0.119,0.122,0.125,選擇apply;(5) 選擇對(duì)流系數(shù)hf,材料編號(hào)為2,輸入426/144,405/144,352/144,275/144, 221/144，選擇ok。5、 定義幾何模型參數(shù)：utility menu>parameters>scalar parameters,輸入ri1=1.3,ro1=1.5,z1=2,ri

43、2=0.4,ro2=0.5,z2=2;6、 建立幾何模型(1) main menu>preprocessor>-modeling->create>-volumes->cylinder>by 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 angle框中輸入90;(2) utility menu>workplane>offset wp by increments,在xy,yz,zx框中輸入0,-90;(3) main

44、menu>preprocessor>-modeling->create>-volumes->cylinder>by 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 menu>workplane>align wp with>global cartesian；7、 進(jìn)行布爾操作:main menu>preproces

45、sor>-modeling->operate>-booleans-> overlap >volumes,選擇pick all；8、 觀察幾何模型(1) utility menu>plotctrls>numbering,打開(kāi)volumes;(2) utility menu>plotctrls>view direction, 在coords of view point框中輸入-3,-1,1；9、 刪除多余實(shí)體main menu>preprocessor>-modeling->delete>volume and below

46、,在命令輸入行輸入3,4回車(chē)；10、 創(chuàng)建組aremote(1) utility menu>select>entities,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 menu>select>comp/assembly>create 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(xiàn)(1) ma

47、in menu>preprocessor>-meshing->mesh>-volumes->mapped>-concatenate->area,選擇pick all；(2) main menu>preprocessor>-meshing->mesh>-volumes->mapped>-concatenate->lines,在命令行中輸入12,7回車(chē),選擇apply,在命令行中輸入10,5回車(chē),ok；12、 設(shè)定網(wǎng)格密度(1) main menu>preprocessor>-meshing->s

48、ize cntrls>picked lines,選擇線(xiàn)6和20,ok,在no. of element divisions框中輸入4,ok；(2) main menu>preprocessor>-meshing->size cntrls>picked lines,選擇線(xiàn)40,ok,在no. of element divisions框中輸入6,ok；(3) utility menu>select>everything；(4) main menu>preprocessor>-meshing->size cntrls>-global-&

49、gt;size,在element edge length框中輸入0.4,ok；13、 劃分網(wǎng)格:main menu>preprocessor>-meshing->mesh>-volumes->mapped>4 to 6 sides,選擇pick all；14、 定義求解類(lèi)型及選項(xiàng)(1) main menu>solution>-analysis type->new analysis,選擇steady-state；(2) main menu>solution>-analysis options,選擇program-chosen；15

50、、 施加對(duì)流載荷(1) utility menu>workplane>change active cs to>global cylindrical；(2) utility menu>select>entities,選擇nodes, by location, x,在min, max框中輸入ri1,ok；(3) main menu>solution>-loads->apply>-thermal->convection>on nodes,選擇pick all, 輸入250/144及450,ok；16、 在aremote組上施加溫度約束

51、(1) utility menu>select>comp/assembly>select comp/assembly,選aremote;(2) utility menu>select>entities,選擇nodes, attached to, on the area all, ok；(3) main menu>solution>-loads->apply>-thermal->temperature>on nodes,選擇pick all,輸入45,ok；17、 施加與溫度有關(guān)的對(duì)流邊界條件(1) utility menu>

52、;workplane>offset wp by increments,在xy,yz,zx angles框中輸入0,-90,ok;(2) utility menu>workplane>local coordinate systems>create local cs>at wp origin,在type of coordinate system菜單中,選擇cylindrical 1,ok；(3) utility menu>select entities,選擇nodes, by location, x, 在min, max框中輸入ri2,ok；(4) main m

53、enu>solution>-loads->apply>-thermal->convection>on nodes,選擇pick all,在film coefficient框中輸入-2,在bulk temperature框中輸入100,ok;(5) utility menu>select>everything；(6) utility menu>plotctrls>symbols,在show pres and convect as菜單中選擇arrow, ok;(7) utility menu>plot>nodes；18、 恢復(fù)

54、工作平面及坐標(biāo)系統(tǒng)(1) utility menu>workplane>change active cs to>global cartesian；(2) utility menu>workplane>align wp with>global cartesian；19、 設(shè)定載荷步選項(xiàng): main menu>solution>-load step options->time/frequenc>time and substeps,在number of substeps框中輸入50,設(shè)置automatic time stepping為on；

55、20、 求解:main menu>solution>-solve->current ls21、 顯示溫度分布彩色云圖: main menu>general postproc>plot results>-contour plot->nodal solu,選擇temperature temp。ansys verification manual中關(guān)于穩(wěn)態(tài)熱分析的實(shí)例：vm58centerline temperature of a heat generating wirevm92insulted wall temperaturevm93temperature

56、dependent conductivityvm94heat generating platevm95heat transfer from a cooling spinevm96temperature distribution in a short solid cylindervm97temperature distribution along a straight finvm98temperature distribution along a tapered finvm99temperature distribution in a trapezoidal finvm100heat condu

57、ctivity across a chimney sectionvm101temperature distribution in a short solid cylindervm102cylinder with temperature dependent 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 a insulated pipevm162cooling of a circula