ANSYS非稳态热分析及实例详解解析

1、ANSYS 流体及热场分析i第7章非稳态热分析及实例详解本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识， 主要包括非稳态热分析的应用、非稳态热分析的基本步骤。本章要点=非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元分析的基本步骤L 本章案例钢球非稳态传热过程分析不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析高温铜导线冷却过程分析非稳态热分析单兀、第 7 章非稳态热分析27.1 非稳态热分析概述物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随着时间的推移而变化的特性可以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时 间而作周期性的变化。 无论在自然界还

2、是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此 需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。 ANSYS11.0 及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时 间变化的热参数

3、。7.1.1 非稳态热分析特性瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化 的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷-时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。7.1.2 非稳态热分析的控制方程热储存项的计入将稳态系统变为非稳态系统，计入热储存项的控制方程的矩阵形式如下：IC汀厂K其中，C U 为热储存项。在非稳态分析时，载荷是和时间有关的函数，因此控制方程可表示如下：I.C 1

4、汁K汁4（Q t /若分析为分线性，则各参数除了和时间有关外，还和温度有关。非线性的控制方程可表示如 下：C TT UQT,t17.1.3 时间积分与时间步长1、时间积分从求解方法上来看， 稳态分析和非稳态分析之间的差别就是时间积分。利用 ANSYS 11.0 分析问题时，只要在后续载荷步中将时间积分效果打开，稳态分析即转变为非稳态分析；同样，只要在后续载荷步中将时间积分关闭，非稳态分析也可转变为稳态分析。2、时间步长两次求解之间的时间称为时间步，一般来说，时间步越小，计算结果越精确。确定时间步长 的方法有两种：（1 ）指定裕度较大的初始时间步长，然后使用自动时间步长增加时间步。ANSYS 流

5、体及热场分析3(2) 大致估计初始时间步长。在非稳态热分析中估计初始时间步长，可以使用Biot 数和 Fourier 数。Biot 数是不考虑尺寸的热阻对流和传导比例因子，其定义为：Bi=K式中：ex 名义单元宽度；h平均表面换热系数；K平均导热系数。Fourier 数是不考虑尺寸的时间(At/t)，其定义为：KAtFo2Pc( Ax)式中：?平均密度；c比热容；如果Bi：1，可将 Fourier 数设为常数并求解.讥来预测时间步长：如果Bi . 1，时间步长可应用 Fourier 数和 Biot 数的乘积预测:Fo -Bi =求解=t 得到:其中，0.1 _ 1 _0.5时间步长的预测精度随

6、单元宽度的取值、平均的方法、比例因子一：的变化而变化。7.1.4 数值求解过程当前温度矢量 讯假设为已知，可以是初始温度或由前面的求解得到的。定义下一个时间点 的温度矢量为：% 1(1-“半T/r t % /其中二称为欧拉参数，默认为 1,下一个时间点的温度为：CK阮/Q由上面两式可得：式中：:-：tc（：x）2二（咲）2热耗散。hAt第 7 章非稳态热分析41ck 1c T1Tn?.八ttn1nf 1其中低 Z+钉干icl丄汀da阳nin;欧拉参数二的数值在 0.51 之间。 在这个范围内， 时间积分算法是不明显而且是不稳定的。 因 此， ANSYS11.0 总是忽略时间积分步的幅值来计算。

7、但是，这样的计算结果并不总是准确的。下 面是选择积分参数的一些建议：当日=0.5 时，时间积分方法采用Crank-Nicolson ”技术。本设置对于绝大多数热瞬态问题都 是精确有效的。当二=1 时，时间积分方法采用“ Backward Euler ”技术。这是缺省的和最稳定的设置，因为它 消除了可能带来严重非线性或高阶单元的非正常振动。本技术一般需要相对 Crank-Nicolson 较小的时间积分步得到精确的结果。7.2 非稳态热分析单兀非稳态热分析和稳态热分析使用的分析单兀相同，具体请读者参见本书第6 章。7.3 非稳态热分析基本步骤非稳态热分析的基本步骤主要包括：建模、加载求解和后处理

8、。下面分别对这三个基本步骤进行具体的阐述。7.3.1 建立有限元模型就这一步骤而言，并没有稳态和非稳态之分，可参照稳态分析的建模方法进行。因此，在这 里不在赘述。7.3.2 加载求解1、定义分析类型如果第一次进行分析或重新进行分析，操作步骤如下：Comma nd: ANTYPE,TRANSIENT,NEWGUI : Main MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisTransient如果接着上次的分析继续进行(例如增加其它载荷)，操作步骤如下：Comma nd: ANTYPE,TRANSIENT,RESTGUI : Main MenuSolutionAnaly

9、sis TypeRestart2、获得非稳态热分析的初始条件(1 )定义均匀温度场如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度，操作步骤如下：Comma nd: TUNIFANSYS 流体及热场分析5GUI: Main Me nuSolutio nLoadsSetti ngs Un iform Temp如果不在对话框中输入数据，则默认为参考温度，参考温度的值默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：Comma nd: TREFGUI: Mai n Men uSolutio nLoadsSetti ngsRefere nee Temp注意：设定均匀的初始温度，与如下的设定节点的温度（自由

10、度）不同，设定节点温度的操 作步骤如下：Comma nd: DGUI: Main Menu Soluti on LoadsApplyThermalTemperature On Nodes初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：Comma nd: DDELEGUI: Main Menu Soluti on LoadsDeleteThermalTemperature On Nodes（2）设定非均匀的初始温度在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值，操作步骤如下：Comma nd: CGUI: Main Men uSolutio

11、 nLoadsApplyl ni tial Co ndit nDefi ne如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须首先作稳态热分析确定初始条件，步骤如下：设定载荷（如已知的温度、热对流等）将时间积分设置为 OFF:Comma nd: TIMINT, OFFGUI: Main Menu PreprocessorLoadsLoad Step OptsTime/Freque ncTime In tegratio n设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001）：Comma nd: TIMEGUI: Main Menu PreprocessorLoadsLoad Step OptsT

12、ime/Freque ncTime and Substps写入载荷步文件：Comma nd: LSWRITEGUI: Main Men uPreprocessorLoadsWrite LS File或先求解：Comma nd: SOLVEGUI: Main Men uSolutio n SolveCurre nt LS3、设定载荷步选项（1 ）普通选项设置时间和时间步步，操作如下：Comma nd: TIMEGUI: Mai n Me nuSolutio nLoad Step OptsTime/Freque ncTime-Time Step设置每个载荷步的载荷子步数，或时间增量Comma nd

13、: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu Soluti on Load Step OptsTime/Freque ncTime and Substps（2）非线性选项设置迭代次数：（每个子步默认的次数为25,这对大多数非线性热分析已经足够）Comma nd: NEQITGUI: Main Menu Soluti on Load step opts Non li nearEquilibrium Iter第 7 章非稳态热分析6自动时间步长：（本选项为 ON 时，在求解过程中将自动调整时间步长）ANSYS 流体及热场分析7Comma nd: AUTOTSGUI: Main

14、Menu Soluti on Load Step OptsTime/Freque ncTime and Substps时间积分效果：（如果将此选项设定为OFF,将进行稳态热分析）Comma nd: TIMINTGUI: Main Menu Soluti on Load Step OptsTime/Freque ncTime In tegrati on（3） 输出选项控制打印输出：（本选项可将任何结果数据输出到*.out 文件中）Comma nd: OUTPRGUI: Main Men uSolutio nLoad Step OptsOutput CtrlsSolu Prin tout控制结果文

15、件：（控制*.rth 的内容）Comma nd: OUTRESGUI: Main Me nuSolutio nLoad Step OptsOutput CtrlsDB/Results File（4） 存盘求解7.3.3 后处理ANSYS 提供两种后处理方式： POST1，可以对整个模型在某一载荷步（时间点）的结果进行后处理；Comma nd: POST1GUI: Main Me nuGe neral Postproc. POST26,可以对模型中特定点在所有载荷步（整个瞬态过程）的结果进行后处理。Comma nd: POST26GUI: Main Me nuTimeHist Postproc1

16、、用 POST1POST1 进行后处理进入 POST1 后，可以读出某一时间点的结果：Comma nd: SETGUI: Mai n Men uGe neral PostprocRead ResultsBy Time/Freq如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上，ANSYS 会进行线性插值。此外还可以读出某一载荷步的结果：GUI: Main Me nuGe neral PostprocRead ResultsBy Load Step然后就可以采用与稳态热分析类似的方法，对结果进行彩色云图显示、矢量图显示、等后处理。2、用 POST26POST26 进行后处理首先要定义变量：Comma n

17、d: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Men uTimeHist PostprocDefi ne Variables然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：打印列表第 7 章非稳态热分析8Comma nd: PLVARGUI: Mai n Men uTimeHist PostprocGraph VariablesANSYS 流体及热场分析9或列表输出:Comma nd: PRVARGUI: Main Me nuTimeHist PostprocList Variables此外，POST26 还提供许多其它功能，如对变量进行数学操作等，请参阅ANSYS Basic

18、 AnalysisProcedures Guide实例 7 1:钢球非稳态传热过程分析一个直径为 12cm,温度为 1000C的钢制小球突然被放入了盛满了水的、完 全 绝 热 的 横 截 面 直径和高度均为 60cm 的圆柱体水槽内（钢球放在水槽的正中央） ，水的温度为 18C，材料参数表如 表 7.1 所示。试求 10 分钟后钢球与水的温度场分布。表 7.1 物性参数表热性能单位制铁水导热系数W/mC700.60密度Kg/m378001000比热J/kgC4484200该问题是典型的瞬态传热问题，研究对象为钢球和水。由于对称性，在求解过程中取钢球和 水中心纵截面的1/4 建立几何模型，如图

19、7-1 所示。本例选取 PLANE55 轴对称单元进行求解。附带光盘“ 实例 7 1_start ”附带光盘“实例 7 1_end ”1、定义工作文件名选择 Utility Me nu FileCha nge Job name，弹出 Cha nge Job name 对话框。在对话框中将工作名 改为 example7-1,单击 OK 关闭该对话框。选择 Main Menu Preferences ,弹出 Preferences for GUI Filtering对话框，选中 Thermal 复选框，然后单击 Ok 按钮关闭该对话框。附带光盘“ AVICh77 1.avi图 7-1 几何模型第

20、7 章非稳态热分析102、定义单元类型选择 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出 Element Type 对话框，单击Add 按钮，弹出 Library of Element Types 对话框。在 Library of Element Types 对话框的两个列表框 中分别选择 Thermal Solid、Quad 4node 55 选项，如图 7- 2 所示。单击 0K 按钮关闭该对话框。图 7-2 单元类型列表对话框单击 Element Type 对话框中的 Options 按钮，弹出 PLANE55 element t

21、ype options 对话框，在 Elementbehavior K3 下拉列表框中选择 Axisymmetric 选项，其余选项均采用默认设置，如图 7-3 所示，单击 OK 关闭该对话框。单击 Element Type 对话框中的 Close 按钮关闭该对话框。图 7-3 PLANE55 单元属性设置对话框3、定义材料性能参数1、选择 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Model ，弹出 Define Material ModelBehavior 对话框，如图 7-4 所示。2、在 Material Models Available

22、列表中依次双击 Thermal、Conductivity、Isotropic 选项，弹出Conductivity for Material Number1 对话框，在文本框中输入钢的导热系数70，如图 7-5 所示，点击OK 关闭对话框。3、双击 Define Material Model Behavior 对话框上的 Specific Heat 按钮， 弹出 Specific Heat for MaterialNumber1 对话框，在文本框中输入钢的比热 448，如图 7- 6 所示，单击 OK 按钮关闭该对话 框。4、 双击 Define Material Model Behavior

23、对话框上的 Density 按钮，弹出 Density for Material Number1对话框，在文本框中输入钢的密度7800，如图 7-7 所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。ANSYS 流体及热场分析11图 7-6 定义材料比热对话框图 7-7 定义材料密度对话框5、定义水的材料属性：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，如图 7-8 所示单击 OK 按钮关闭该 对话框。图 7-8 定义材料编号对话框6、在 Materia

24、l Models Available 列表中依次双击 Thermal、 Conductivity、 Isotropic 选项， 弹出 Conductivityfor Material Number2 对话框，在文本框中输入水的导热系数0.6，点击 OK 关闭对话框。7、双击 Define Material Model Behavior 对话框上的 Specific Heat 按钮，弹出 Specific Heat forMaterial Number2 对话框，在文本框中输入水的比热4200,单击 OK 按钮关闭该对话框。8、 双击 Define Material Model Behavior

25、 对话框上的 Density 按钮，弹出 Density for Material Number2对话框，在文本框中输入水的密度 1000,单击 OK 按钮关闭该对话框。关闭 Define Material Model Behavior 对话框。4、创建几何模型1、 选择 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy Dimensions，弹出 CreateRectangle by Dimensions 对话框，如图 7-9 所示，在 X1、X2 文本框中分别输入 0、0.3，在 Y1、Y2 文本框中分别输入 0、0.3，然后单击 OK

26、 按钮确认设置。2、 选择 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleBy Dimensions ，弹出 CircularAreas by Dimensions 对话框。参照图 7-10 对其进行设置，然后单击OK 确认设置。DENSn nAdd Temperatur eTemperGraph0KCancelHefc图 7-4 定义材料属性对话框图 7-5 定义材料导热系数对话框F3 Density for lateiial B tub er 1Oensi ty for Material Number 1第 7 章非稳态热分析123、选择 Ma

27、in MenuPreprocessorModelingOperateBooleansOverlapAreas，弹出 Overlap Areas对话框。单击 Pick All 按钮选取所有的面。4、 选择 Ma in Menu PreprocessorNumberi ng CtrlsCompress Numbers ， 弹出 Compress Numbers对话框。在 Label Item to be compressed 下拉列表框中选择 All 选项，单击 OK 按钮确认设置。5、 选择 Utility MenuPlotCtrlsNumbering ，弹出 Plot Numbering Co

28、ntrols 对话框，选择 LINE 选项，使其状态从 Of 变为 On，其余选项均采用默认设置，单击OK 按钮关闭该对话框。完成上述操作后，生成的几何模型如图7-11 所示。5、划分有限元网格1、选择 Utility MenuPlotLines。2、选择Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLinesPicked Lines，弹出Element Size on 菜单，在文本框中输入 4， 5，单击 OK 按钮，弹出 Element Size on Picked Lines 对 话框，在 NDIV 文本框中输入划分的网格单元个数 30

29、，在 SPACE 文本框中输入 0.1，如图 7-12 所 示，单击 OK 按钮关闭对话框。3、选择Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLinesPicked Lines，弹出Element Size on 菜单，在文本框中输入 6， 7,单击 OK 按钮，弹出 Element Size on Picked Lines 对 话框，在 NDIV 文本框中输入划分的网格单元个数 32,在 SPACE 文本框中输入 0.1，单击 OK 按 钮关闭对话框。4、选择Main MenuPreprocessorMeshingSize Cntrls

30、ManualSizeLinesPicked Lines，弹出图 7-9 创建矩形面对话框图 7-10 创建圆面对话框图 7-11 生成的几何模型ANSYS 流体及热场分析13Element Size on 菜单，在文本框中输入 3,单击 OK 按钮，弹出 Element Size on Picked Lines 对话框，第 7 章非稳态热分析14图 7-12 设置单元个数对话框5、选择 Main Menu PreprocessorMesh in gMeshV olumesMappedC on cate nateL ines，弹出Con cate nate Lines 菜单，在文本框中输入2，

31、1，单击 OK 按钮关闭该菜单。6、选择 Main MenuPreprocessorMeshingMesh AttributesDefault Attribs，弹出 Meshing Attributes对话框，在MAT下拉列表中选择 1,如图 7-13 所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。图 7-13 网格划分属性设置对话框7、选择 Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool，弹出 Mesh Tool 菜单，在 Shape 选项组 中选中 Quad 和 Mapped 单选按钮，单击 Mesh 按钮，弹出 Mesh Areas 菜单，在文本框中输入 1， 单击 O

32、K关闭该对话框。钢球部分网格如图 7-14 所示。选择 Utility MenuSelectEverything。8、选择 Main MenuPreprocessorMeshingMesh AttributesDefault Attribs，弹出 Meshing Attributes对话框，在MAT下拉列表中选择 2,单击 OK 按钮关闭该对话框。9、选择 Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool ，弹出 Mesh Tool 菜单，单击 Mesh 按钮，弹出 Mesh Areas 菜单，在文本框中输入2,单击 OK 关闭该对话框。10、 选择 Utility

33、MenuPlotElement ，整体网格划分结果如图7-15 所示。在 NDIV 文本框中输入划分的网格单元个数MenuSelectEverything。30,单击 OK 按钮关闭对话框。选择UtilityANSYS 流体及热场分析15图 7-18 时间和时间步长设置对话框3、选择 Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime IntegrationAmplitudeDecay，弹出 Time Integration Controls 对话框，参照图 7-19 进行设置，设置完毕后单击OK 按钮关6、加载求解1、选择 Ma in Men u

34、Solutio nAn alysis TypeNew An alysis ，弹出 New An alysis 对话框。选择分 析类型为 Transient,如图 7-16 所示，单击 OK 按钮，弹出 Transient Analysis 对话框，在TRNOPT 选项组中选中 Full 单选按钮，如图 7-16 所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。选择UtilityMenuSelectEverything。TEariiaFisnt AnalrffiEri Fll1EJSvparpax* n厂图 7-17 非稳态分析选项设置对话框2、选择 Main MenuSolutionLoad Step O

35、ptsTime/FrequencTime-Time Step，弹出 Time andTime Step Options 对话框，参照图 7-18 进行设置，然后单击 OK 按钮关闭该对话框。图 7-14 钢球模型网格划分图 7-15 整体网格划分CTRKFT Sdintion“日LUIF*|UMlvptd ipprwP图 7-16 定义求解类型对话框第 7 章非稳态热分析16闭该对话框。图 7-19 时间积分控制对话框4、 选择 Utility MenuSelectEntities， 弹出 Select Entities 对话框。 在第 1 个下拉列表框中选择 Elements选项，在第 2

36、个下拉列表框中选择 By Attributes 选项，在第 3 个选项组中选择Material num单选按钮，在文本框中输入1，如图 7-20 所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。5、选择 Utility MenuSelectEntities，弹出 Select Entities 对话框。在第 1 个下拉列表框中选择Nodes 选项，在第 2 个下拉列表框中选择 Attached to 选项，在第 3 个选项组中选择 按钮，如图 7-21 所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。6、 选择 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureO

37、n Nodes ， 弹出 Apply TEMPon Nodes 菜单，单击 Pick All 按钮，弹出 Apply TEMP on Nodes 对话框。在 Lab2 列表框中 选择 TEMP 选项，在文本框中输入 1000,如图 7-22 所示。单击 OK 按钮关闭该对话框。 选择 UtilityMenuSelectEverything。Elements 单选13 Snivel Ent .:Elements -r-FJlStl&rt Enti.；呦伽.工1帝Malcvltl numElem射呼njiniHeal s cl numElcm CS numSc diun ID numI a

38、yi* r nmm广Lline Iratcriar-如尺临 ji111iriJg-ricii广Volumes.MVnlumes, intEirior屆FrmFullREs electAl$o Seled厂UnndcdStic All Inwcrt图 7-20 单元选择对话框图 7-21 节点选择对话框Lime all肓V-wml-vlHREFIECIAJIQCSelectUiiieledi却叫翫iu函 euANSYS 流体及热场分析17图 7-22 施加温度载荷对话框7、选择 Utility MenuSelectEntities ,弹出 Select Entities 对话框。在第 1 个下拉

39、列表框中选择 Elements选项，在第 2 个下拉列表框中选择By Attributes 选项，在第 3 个选项组中选择 Material num单选按钮，在文本框中输入2，单击 0K 按钮关闭该对话框。8、选择 Utility MenuSelectEntities，弹出 Select Entities 对话框。在第 1 个下拉列表框中选择 Nodes选项，在第 2 个下拉列表框中选择 Attached to 选项，在第 3 个选项组中选择 Elements 单选 按钮，单击 0K按钮关闭该对话框。9、 选择 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermal

40、TemperatureOn Nodes ，弹出 ApplyTEMP on Nodes 菜单，单击 Pick All 按钮，弹出 Apply TEMP on Nodes 对话框。在 Lab2 列表框中 选择 TEMP选项，在文本框中输入 18,单击 OK 按钮关闭该对话框。10、选择 Utility Men uSelectEverythi ng 。 选择 Ma in Me nuSolutio nSolveCurre nt LS ， 弹出 SolveCurrent Load Step 对话框，单击 OK 按钮。ANSYS 开始求解计算。计算结束后，弹出Note对话框，单击 Close 按钮关闭该对

41、话框。11、 选择 Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequenceTime IntegrationAmplitude Decay，弹出 Time Integration Controls 对话框，将 TIMINT 设置为 On，其余选项均采用默认设置， 单击 OK 按钮关闭该对话框。12、 选择 Main MenuSolutionAnalysis TypeSol Controls，弹出 Solution Controls 对话框， 选择Basic 选项卡，参照图 7-23 进行设置，单击 OK 按钮关闭该对话框。图 7-23 求解控制基本选项设置对话

42、框13、选择 Main MenuSolutionDefine LoadsDeleteThermalTemperatureOn Nodes，弹出 DeleteTEMP on N 菜单，单击 Pick All 按钮，弹出 Delete Node Constraints 对话框。在下拉列表框 中选择 TEMP选项，如图 7-24，单击 OK 按钮关闭该对话框。第 7 章非稳态热分析18图 7-24 删除节点参数对话框6、选择 Utility MenuSelectEverything 。选择 Utility MenufileSave as 命令，弹出 Save Dtabase 对话框，在 Save D

43、tabase to 文本框中输入 7 1_start.db，保存上述操作过程，单击OK 按钮关闭该对话框。7、选择 Main MenuSolutionSolveCurrent LS， 出现 Solve Current Load Step 对话框， 同时出 现/STATComma nd 窗口，仔细阅读/STAT Comma nd 窗口中的内容，然后点击 Close 按钮，关闭/STAT Comma nd 窗口。点击 Solve Curre nt Load Step 对话框中的 OK 按钮，ANSYS 开始求解计算。求解 结束后，ANSYS 显示窗口出现 Note 提示框，单击 Close 按钮关

44、闭该对话框。8、选择 Utility MenufileSave as 命令，弹出 Save Dtabase 对话框，在 Save Dtabase to 文本框中输入 7 1_end.db,保存求解结果，单击 OK 按钮关闭该对话框。7、后处理1、选择 Main MenuGeneral PostprocRead ResultsLast Set。2、选择 Utility MenuSelectEntities，弹出 Select Entities 对话框。在第 1 个下拉列表框中选择Elements 选项，在第 2 个下拉列表框中选择By Attributes 选项，在第 3 个选项组中选择 Mat

45、erial num单选按钮，在文本框中输入1，单击 OK 按钮关闭该对话框。3、选择 Utility MenuSelectEntities，弹出 Select Entities 对话框。在第 1 个下拉列表框中选择 Nodes选项，在第 2 个下拉列表框中选择 Attached to 选项，在第 3 个选项组中选择 Elements 单选 按钮，单击 OK按钮关闭该对话框。4、选择 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu ,弹出 Contour NodalSolution Data 对话框。选择 Nodal Sol

46、uDOF SolutionNodal Temperature ,单击 OK 按钮，钢球内部 的温度场分布如图 7-25 所示。选择 Utility MenuSelectEverything。图 7-25 钢球内部温度场分布等值线云图5、选择 Utility MenuSelectEntities，弹出 Select Entities 对话框。在第 1 个下拉列表框中选择 Elements选项，在第 2 个下拉列表框中选择By Attributes 选项，在第 3 个选项组中选择 Material num单选按钮，在文本框中输入2，单击 OK 按钮关闭该对话框。6、 选择 Utility Menu

47、SelectEntities，弹出 Select Entities 对话框。在第 1 个下拉列表框中选择 Nodes选项，在第 2 个下拉列表框中选择Attached to 选项，在第 3 个选项组中选择 Elements 单选 按钮，ANSYS 流体及热场分析19单击 OK 按钮关闭该对话框。7、选择 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu ,弹出 Contour NodalSolution Data 对话框。选择 Nodal SoluDOF SolutionNodal Temperature ,单击 OK 按钮

48、，水内部的 温度场分布如图 7-26 所示。第 7 章非稳态热分析20图 7-26 水内部温度场分布等值线云图8、选择 Utility MenuPlotCtrlsStyleGraphsModify Axes ，弹出 Axes Modification for GraphPlots 对话框，参照图 7-27 进行设置，设置完成后单击OK 按钮关闭该对话框。9、选择 Utility MenuPlotCtrlsStyleGraphsModify Curves ， 弹出 Curve Modification for Graph Plots对话框，在/GTHK下拉列表框中选择 Triple 选项，单击

49、OK 按钮关闭该对话框。 选择 UtilityMenuSelectEverything。10、选择 Main MenuTimeHist PostproDefine Variables ，弹出 Define Time-History Variables 对 话IdAAIJUL22Z0D916:53:ZLMz.eiSTEF=2SUB -ZTIME-EiUDTEHFlVG|RSY5-DSMH =lfl5MK -542.61367-74309.45ANSYS 流体及热场分析21框，单击 Add 按钮，弹出 Add Time-History Variable 对话框，选中 Nodal DOF Resul

50、t 单选按钮，第 7 章非稳态热分析22如图 7-28 所示，单击 0K 按钮，弹出 Define Nodal Data 菜单，在文本框中输入 1,单击 OK 按钮， 弹出 DefineNodal Data 对话框， 参照图 7-29 对其进行设置， 单击 OK 按钮关闭该对话框。 单击 Define Time-History Varables对话框中的 Close 按钮关闭该对话框。11、选择 Ma in Me nuTimeHist PostproGraph Variables，弹出 Graph Time-History Varable 对话 框，在 NAVR1 文本框中输入 2,如图 7-

51、30 所示，单击 OK 按钮，ANSYS 显示窗口将显示将显示实例 7- 2:不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析一个 30 公斤重、温度为 1000C的铜块，以及一个 20 公斤重、温度为 800C的铁块，突然放入 温度为 20C、盛满了 300 升水的、完全绝热的水箱中，如图7-32 所示。试求：一个小时后，铜块与铁块的温度分布（假设忽略水的流动）。材料的物性参数如表7.2 所示。表 7.2 材料物性参数表热性能单位制铜铁水导热系数W/mC383700.6密度Kg/m3888978001000比热J/kg 7-28 添加时间历程变量对话框图 7-29 定义节

52、点数据对话框球心温度随时间的变化关系曲线图，如图图 7-30 显示时间历程对话框7-31 所示。ANSYS 流体及热场分析23圏中尺町均対eraL LJ Jw,1I 5.0a雪图 7-32 物理模型示意图该问题是典型的非稳态传热问题，研究对象为3 个：铜块、铁块和水。由于分析对象的长度远远大于其横截面积，因此只需对其横截面进行分析即可。本例选取PLANE77单元进行求解。附带光盘“实例 7 2_start附带光盘“实例 7 2_end”附带光盘“ AVICh77 2.avi ”1 定义工作文件名选择 Utility Me nu FileCha nge Job name,弹出 Cha nge J

53、ob name 对话框。在对话框中将工作名 改为 example7-2，单击 0K 关闭该对话框。选择 Main Menu Preferences,弹出 Preferences for GUI Filtering对话框，选中 Thermal 复选框，然后单击 OK 按钮关闭该对话框。2、定义单元类型选择 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出 Element Type 对话框，单击 Add按钮，弹出 Library of Element Types 对话框。在两个文本框中分别选择 Thermal Solid、8node 77, 点

54、击 OK按钮关闭该对话框。单击 Element Type 对话框上的 Close 按钮关闭该对话框。3、创建几何模型1、 选择 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy Dimensions ,弹出 CreateRectangle by Dimensions 对话框，在 X1、X2、Y1、Y2 文本框中分别输入 0、0.6、0、0.5, 如图 7-33 所示。2、 单击 Apply 按钮，在 X1、X2、Y1、Y2 文本框中分别输入0.15、0.225、0.225、0.27，如 图7-34 所示。3、单击 Apply 按钮， 在 X

55、1、 X2、 Y1、 Y2 文本框中分别输入 0.6-0.2-0.058、 0.6-0.2、 0.225、0.225+0.044，如图 7-35 所示。然后单击 OK 按钮完成设置。第 7 章非稳态热分析24图 7-35 建立长方形对话框 34、选择 Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansOverlapAreas， 弹出 Overlap Areas菜单，单击 Pick All 按钮。5、 选择 Utility MenuPlotCtrlsNumbering ，弹出 Plot Numbering Controls 对话框，点选 AREA 复选框，使

56、其状态由Of 变为 On,然后单击 OK 按钮完成设置。6、 选择 Main MenuPreprocessorNumbering CtrlsCompress Numbers ，弹出 Compress Numbers对话框，在 Label 下拉列表框中选择 Areas 选项，如图 7-36 所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。7、选择 Utility MenuPlotAreas，完成后的平面几何模型如图7-37 所示,4、定义材料性能参数1、选择 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models ，弹出 Define Material Mode

57、lBehavior 对话框。图 7-33 建立长方形对话框1图 7-34 建立长方形对话框 2图 7-36 压缩编号对话框ANSYS 流体及热场分析252、在 Material Models Available 列表框依次双击 Thermal、Conductivity、Isotropic 选项，弹出第 7 章非稳态热分析26Conductivity for Material Number 1对话框，在 KXX 文本框中输入铜的导热系数383，如图 7-38 所示，单击 0K 按钮关闭对话框。3、双击 Specific Heat 选项，弹出 Specific Heat for Material

58、Number 1 对话框，在 C 文本框中输 入铜的比热 1390，如图 7-39 所示，单击 OK 按钮关闭对话框。4、双击 Density 选项，弹出 Density forMaterial Number 1 对话框，在 DENS 文本框中输入铜图 7-39 定义比热对话框mp沁认址1DinsIIAdd Tnpr A-turc：D*1 &|Graph.K | CanmlHeb图 7-40 定义密度对话框5、 在 Define Material Model Behavior 对话框中单击 MaterialNew Model ，弹出 Define MaterialID 对话框，在 De

59、fine Material ID 文本框中输入 2,单击 OK 按钮关闭该对话框。6、 在 Material Models Available 列表框依次双击 Thermal、Conductivity、Isotropic 选项，弹出Conductivity for Material Number 2 对话框，在 KXX 文本框中输入铁的导热系数70，单击 OK 按钮关闭对话框。7、 双击 Specific Heat 选项，弹出 Specific Heat for Material Number 2 对话框，在 C 文本框中输 入铁的比热 448，单击 OK 按钮关闭对话框。8、 双击 Dens

60、ity 选项，弹出 Density for Material Number 2 对话框，在 DENS 文本框中输入铁 的密度7800，单击 OK 按钮关闭对话框。9、 在 Define Material Model Behavior 对话框中单击 MaterialNew Model ，弹出 Define Material ID 对话框，在 Define Material ID 文本框中输入 3,单击 OK 按钮关闭该对话框。10、 在 Material Models Available 列表框依次双击 Thermal、Conductivity、Isotropic 选项，弹出Conductivity for Mate