ANSYS非稳态热分析及实例详解

1、ANSYS流体及热场分析第7章非稳态热分析及实例详解非稳态热分析单兀、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iANSYS流体及热场分析7.1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。 无论在自然界还是工程

2、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。 ANSYS 11.0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。7.

3、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汁K 汁

4、 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。(2) 大致估计初始时间

5、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：KAtF o2Pc( 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：式中：:- ：t'c（ ：x）2 二（咲）2丸a热耗散。39hAt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.

6、5时间步长的预测精度随单元宽度的取值、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：C K 阮/Q由上面两式可得：1 ck 1c t 1Tn?.八tt n 1 nf 1其中低Z+钉干icl 丄汀da阳 n i n ;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，ANSYS 11.0总是忽略时间积分步的幅值来计算。但是，这样的计算结果并不总是准确的。下

7、 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。下面分别对这三个基本步骤进行具体的阐

8、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 Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient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 Menu>Solution>An

9、alysis Type>Restart2、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: TUNIFGUI: Main Me nu>Solutio n>Loads>Setti 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 u>Solutio n>Loads>Setti ngs>Refere nee Temp注意

10、：设定均匀的初始温度，与如下的设定节点的温度（自由度）不同，设定节点温度的操 作步骤如下：Comma nd: DGUI: Main Menu >Soluti on >Loads>Apply>Thermal>Temperature >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 >Loads>Delete>Thermal>Temperature >On Nodes（2

11、）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 u>Solutio n>Loads>Apply>l ni tial Co ndit' n>Defi 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 >Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Time/Freq

12、ue nc>Time 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 >Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps写入载荷步文件：Comma nd: LSWRITEGUI: Main Men u>Preprocessor>Loads>Write LS File或先求解：Comma nd: SOLVEGUI: Main Men u>Solutio n>

13、; Solve>Curre 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 nu>Solutio n>Load Step Opts>Time/Freque nc>Time-Time Step设置每个载荷步的载荷子步数，或时间增量Comma nd: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time and Substps（2）非线性选项设置迭代次数：（每个子

14、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 near>Equilibrium Iter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）Comma nd: AUTOTSGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time 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: TIM

15、INTGUI: Main Menu >Soluti on >Load Step Opts>Time/Freque nc>Time 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 u>Solutio n>Load Step Opts>Output Ctrls>Solu Prin tout控制结果文件：（控制*.rth的内容）Comma nd: OUTRESGUI: Main Me nu>Solutio n>Load Step

16、Opts>Output Ctrls>DB/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 nu>Ge 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 nu>TimeHist Postproc1、用POST1进行后处理进入POST1后，可以读出某一时间点的结果：Comma nd: SETGUI:

17、Mai n Men u>Ge neral Postproc>Read Results>By 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 nu>Ge neral Postproc>Read Results>By Load Step打印列表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POST26进行后处理首先要定义变量：Comma nd: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Men u&g

18、t;TimeHist Postproc>Defi ne Variables然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：Comma nd: PLVARGUI: Mai n Men u>TimeHist Postproc>Graph Variables或列表输出:Comma nd: PRVARGUI: Main Me nu>TimeHist Postproc>List 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 AnalysisProcedures Guide实例7 1:钢球非稳态传热过程分析一个直径为12

19、cm,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/m C700.60密度Kg/m378001000比热J/kg C4484200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 7-1所示。本例选取 PLANE55轴对称单元进行求解。附带光盘“ AVICh77 1.avi图7-1几何模型附带光盘“ 实例7 1_s

20、tart ”附带光盘“实例7 1_end ”1、定义工作文件名选择Utility Me nu >File>Cha 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。2、定义单元类型选择 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Dele

21、te，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 type options对话框，在 Element behavior 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

22、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 Menu>Preprocessor>Material Props>Material Model ，弹出 Define Material Model Behavior对话框，如图 7-4所示。2、在 Material Models Available 列表中依次双击 Thermal、Conductivity、Isotropic 选项，弹出Conductivity for Material Number1 对话框，

23、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 Material Number1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 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。图

24、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 1DENSnAdd Temperatur eTemperGraphOensi ty for Material Number 10KCancelHefc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 Material>New 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

25、定义材料编号对话框6、 在 Material Models Available 列表中依次双击 Thermal、Conductivity、Isotropic 选项，弹出 Conductivity for 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

26、Model Behavior 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 Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions，弹出 Create Rectangle by Dimensions对话框，如图 7-9所示，在 X1、X2文本框中分别输入 0、0

27、.3，在 Y1、Y2文本框中分别输入 0、0.3，然后单击OK按钮确认设置。2、 选择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>By 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。图7-9创建矩形面对话框图7-10创建圆面对话框3、选择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas，弹出

28、 Overlap Areas对话框。单击 Pick All按钮选取所有的面。4、选择 Ma in Menu >Preprocessor>Numberi ng Ctrls>Compress 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 Menu>PlotCtrls>Numbering ，弹出 Plot Numbering Controls 对话框，选择 LINE 选项，使其状态从 Of变为On，其余选项均采用

29、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。图7-11生成的几何模型5、划分有限元网格1、选择 Utility Menu>Plot>Lines 。2、 选择 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked 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，在S

30、PACE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 Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked 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 Menu>Preprocessor>M

31、eshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，弹出 Element 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，在NDIV文本框中输入划分的网格单元个数Menu>Select>Everything。30,单击 OK按钮关闭对话框。选择Utility图7-12设置单元个数对话框5、选择 Main Menu >Preprocessor>Mesh in g>Mesh>V olumes>Mapped>C

32、 on cate nate>L ines，弹出Con cate nate Lines菜单，在文本框中输入2， 1，单击 OK按钮关闭该菜单。6、选择 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default 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 Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool，弹出 Mesh Tool 菜单

33、，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OK关闭该对话框。钢球部分网格如图 7-14所示。选择 Utility Menu>Select>Everything 。8、选择 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default 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 Menu>Preprocessor&

34、gt;Meshing>Mesh 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 Menu>Plot>Element ，整体网格划分结果如图7-15所示。图7-14钢球模型网格划分图7-15整体网格划分6、加载求解1、选择 Ma in Men u>Solutio n>An alysis Type>New 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Tran

35、sient 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UtilityMenu>Select>Everything。TEariiaFisnt Analrffi eCTRKFT Sdintion “日LUIF*| Um lvptd ipprwP图7-16定义求解类型对话框ri F£ll1eJ» Svparpax* n厂«图7-17非稳态分析选项设置对话框2、选择 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc&

36、gt;Time-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7-18时间和时间步长设置对话框3、选择 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time Integration>AmplitudeDecay，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按钮关闭该对话框。图7-19时间积分控制对话框4、选择Utility Menu>Select>

37、Entities，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1，如图7-20所示，单击OK按钮关闭该对话框。5、选择Utility Menu>Select>Entities，弹出Select Entities对话框。在第1个下拉列表框中选择Elements 单选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。13 Sn

38、ivel Ent .:Elements -rFJlStl&rt Enti.；呦伽.工1Lime all帝 Malcvltl numElem 射呼 n«jin iHeal s cl num'Elcm CS numSc diun ID numI ayi* r nmm肓 V-wm l-vlHRefIecI'AJiqc SelectUiiieledi广 Lline Iratcriar-如尺临ji111iriJg-ricii广 Volumes. MVnlumes, intEirior 屆 Fr»m FullRe s electAl$o Seled厂 Unndc

39、dStic All Inwcrt却叫翫iu 函eu图7-20单元选择对话框图7-21节点选择对话框6、选择 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes ，弹出 Apply TEMP 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1000,如图7-22所示。单击OK按钮关闭该对话框。 选择UtilityMenu>Select>Everything 。

40、图7-22施加温度载荷对话框7、 选择Utility Menu>Select>Entities ,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0K按钮关闭该对话框。8、选择Utility Menu>Select>Entities，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 Ele

41、ments单选 按钮，单击0K按钮关闭该对话框。9、 选择 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes ，弹出 Apply TEMP 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 u>Select>Everythi ng 。选择 Ma in Me nu>Solutio n

42、>Solve>Curre nt LS ，弹出 Solve Current 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按钮关闭该对话框。11、 选择 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequence>Time Integration>Amplitude 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 Menu

43、>Solution>Analysis Type>Sol ' 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框13、选择 Main Menu>Solution>Define Loads>Delete>Thermal>Temperature>On Nodes，弹出 Delete TEMP 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

44、选择TEMP选项，如图7-24，单击OK按钮关闭该对话框。图7-24删除节点参数对话框6、选择 Utility Menu>Select>Everything 。选择 Utility Menu>file>Save as 命令，弹出 Save Dtabase 对话框，在Save Dtabase 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 Menu>Solution>Solve>Current LS，出现 Solve Current Load Step 对话框，同时出 现/STAT Comma

45、 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按钮关闭该对话框。8、选择 Utility Menu>file>Save 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 Menu>Gener

46、al Postproc>Read Results>Last Set。2、选择Utility Menu>Select>Entities，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1，单击OK按钮关闭该对话框。3、选择Utility Menu>Select>Entities，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 Attac

47、hed 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 Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框。选择 Nodal Solu>DOF Solution>Nodal 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 Menu>Select>Everything 。图7-25钢球内部温度场分

48、布等值线云图5、 选择Utility Menu>Select>Entities，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>Select>Entities，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

49、钮，单击OK按钮关闭该对话框。7、选择 Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框。选择 Nodal Solu>DOF Solution>Nodal Temperature ,单击 OK 按钮，水内部的 温度场分布如图7-26所示。IdAAIJUL 22 Z0D916:53:ZLstef=2 SUB -Z TIME-EiUDTEHFl>VG|RSY5-DSMH =lfl5MK -542.61367-

50、74309.45Mz.ei图7-26水内部温度场分布等值线云图8、选择 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify 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。图7-27坐标设置对话框9、选择 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs>Modify Curves ，弹出 Curve Modification for Graph Plots对话框，在/GTHK下拉列表框中选

51、择 Triple选项，单击OK按钮关闭该对话框。 选择Utility Menu>Select>Everything。10、选择 Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables ，弹出 Define Time-History Variables 对 话框，单击 Add按钮，弹出 Add Time-History Variable 对话框，选中 Nodal DOF Result单选按钮，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Define Nodal Dat

52、a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。图7-28添加时间历程变量对话框图7-29定义节点数据对话框11、选择 Ma in Me nu>TimeHist Postpro>Graph Variables，弹出 Graph Time-History Varable 对话 框，在NAVR1文本框中输入2,如图7-30所示，单击 OK按钮，ANSYS显示窗口将显示将显示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。实例7- 2:不同材料

53、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/m C383700.6密度Kg/m3888978001000比热J/kg 中尺町均対eraL 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

54、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 >File>Cha nge Job name,弹出 Cha nge Job 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

55、义单元类型选择 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/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 Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By

56、 Dimensions ,弹出 Create Rectangle 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 X1、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。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7-35建

57、立长方形对话框 34、选择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas，弹出 Overlap Areas菜单，单击 Pick All按钮。5、 选择 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering ，弹出 Plot Numbering Controls 对话框，点选 AREA 复选框，使其状态由Of变为On,然后单击OK按钮完成设置。6、 选择 Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Comp

58、ress 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。图7-36压缩编号对话框7、选择Utility Menu>Plot>Areas，完成后的平面几何模型如图7-37所示,图7-37几何模型4、定义材料性能参数1、选择 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models ，弹出 Define Material Model Behavior对话框。2、在 Material Models Availab

59、le 列表框依次双击 Thermal、Conductivity、Isotropic 选项，弹出Conductivity 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 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 for Material Number 1 对话框，在 DENS文本框中输入铜的密度8