温度场分析理论总结

1、传热学基本理论：传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学，遵循热力学三大定律，热力学第一定律是在一个热力学系统内，能量可转换，即可从一种形式转变成另一种形式，但不能自行产 生，也不能消灭；热力学第二定律是但凡温差存在的地方就有热能自发地从高温物体向低温 物体传递；热力学第三定律是一般当封闭系统到达稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过 程中，熵总是增加，但理想气体如果是等温可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不 存在，所以现实物质中，即使是等温可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。在绝对零度，任何完美晶体的熵为零。热能传递有三种根本方式，分别是热传导、热对流和热辐射。兹分别简述如下：热

2、传导：物体各局部之间不发生相对位移时， 依靠分子、原子及自有电子等微观粒子的热运动而 产生的热能传递称为热传导，简称导热。通过对实际导热问题的经验提炼，导热现象的规律 遵循傅里叶定律。根据傅里叶定律，单位时间内通过物体截面的导热热量与当地的温度变化 率及截面面积成正比，即 式中，是比例系数，称为导热率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的 方向相反。由上式可知当 生：0时，T 0，热量沿着x轴增大的方向传递；当述 0时，弓：0,dxdx热量沿着x轴减小的方向传递。热传导的微分方程：热传导微分方程是基于傅里叶定律和传热学守恒定律得到的， 兹将传热学微分方程作如 下详细描述。导体内任一

3、微元平行六面体及其坐标如下图， 根据傅里叶定律，导入X二X、 y = y、z = z微元平面的热量分别是：导出x dx、y二y，dy、zz dz微元平面的热量亦可根据傅里叶定律写出如下： 对于微元体，按照能量守恒定律，在任一时间间隔内有以下热平衡关系：导入微元体的总热流量+微元体内热源生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能增量 其他两项的表达式为微元体热力学能增量=c-dxdydzCT微元体内热源生成热=*dxdydz由以上公式得: 热辐射：物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射。 物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的 原因而发出辐射能的现象称为热辐射。物体的辐射能力与温度有关，同一温度

4、条件下不同物体的辐射和吸收本领不同。假想一理想物体黑体，它能吸收投入到其外表上的所有热辐射能量。黑体在单位时间内发出的热辐射热量由斯忒藩一玻耳兹曼定律揭示：式中 A 辐射外表积，m?；二斯忒藩一玻耳兹曼常量，其值为 5.67 10咖/ m2 K4 ；T黑体的热力学温度，K o实际物体的热辐射热量采用斯忒藩一玻耳兹曼定律的经验修正公式：式中 ；物体的发射率，其值小于1o物体外表的发射率取决于物质种类、外表温度和外表状况，即发射率只与发射辐射物体 本身有关，而不涉及外界条件。实际物体对辐射能的吸收吸收比：单位时间内从外界投入到物体的单位外表积上的辐射能称为投入辐射， 物体对投入辐射 所吸收的百分数

5、称为该物体的吸收比。 实际物体的吸收比取决于两方面的因素： 吸收物体本 身的情况和投入辐射的特性。吸收物体本身的情况指物质的种类、物体温度和外表状况。基尔霍夫定律揭示了实际物体辐射力与吸收比之间的关系，其关系式如下：实际物体辐射力=吸收比角系数？热分析过程中涉及的物理量单位及相应的 ANSYS弋号热分析符号及单位工程国际单位ANS YS弋号长度时间质量温度力热量热流率热流密度生热率导热系数KXX、KYY、KZZ对流系数密度比热焓热分析材料根本属性：与本次热分析相关的材料属性包括：比热容、传导系数、辐射系 数。为了使得每一个节点的热平衡方程具有唯一解，需要附加一定的边界条件和初始条件， 统称为定

6、解条件。第一类边界条件，物体边界上的温度函数，用公式表示为：丨是物体边界；To为温度；f x,y,乙t为温度函数。第二类边界条件，物体边界上的热流密度，用公式表示为：q为热流密度；g x, y,乙t为热流密度函数。第三类边界条件，与物体相接触的流体介质的温度和换热系数，用公式表示为：Tf为流体介质的温度；a为换热系数；Tf和a可以是常数，也可以是随时间和位置变化 的函数。初始条件是物体在传热过程开始时物体在整个区域中所具有的温度为值，用公式表示为：-x,y为温度函数。如果系统的净热流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的 热量，那么系统处于热稳态。热稳态的条件可表示为：稳

7、态热分析中任一节点的温度不随时间变化， 稳态热分析的能量平衡方程以矩阵的形 式表示:式中K 1为传导矩阵，包括导热系数、对流系数、辐射率和形状系数；汁？为节点温度 向量，'Q?为节点热流率向量，包括热生成瞬态传热过程是一个系统的加热和冷却过程，在这个过程中系统的温度、热流率、热边 界条件以及系统内能都随时间有明显的变化。 根据能量守恒原理，瞬态热平衡方程可表达为:式中K1为传导矩阵，包括导热系数、对流系数、辐射率和形状系数；IC 1为比热矩阵,考虑系统内能的增加；汀为节点温度向量；讨？为温度对时间的导数；:Q为节点热流率 向量，包括热生成。SF6气体对辐射的影响以及在温度场分析作如何处理分析550kV AIS/GIS电子式电流互感器温度场分析中的热传导方式以及热源工况分析掌握利用AUX12进行辐射热分析外表效应单元的应用零部件材料比热容J*kg 昭热传导系数W*m轴率导体5A029471560.31电连接5A027.1*10102.70.31盖板5A027.1*10102.70.31线圈壳 体5A027.1*10102.70.31固定大 筒体5A027.1*10102.70.31过渡筒 体5A027.1*101