ansys_热分析_瞬态_稳态分享资料

1、2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-1Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-2 第一章简介第一章简介一、热分析的目的一、热分析的目的二、二、ANSYS的热分析的热分析三、三、ANSYS热分析分类热分析分类 四、耦合分析四、耦合分析第二章基础知识第二章基础知识 一、符号与单位一、符号与单位 二、传热学经典理论回顾二、传热学经典理论回顾 三、热传递的方式三、热

2、传递的方式 四、稳态传热四、稳态传热 五、瞬态传热五、瞬态传热 六、线性与非线性六、线性与非线性 七、边界条件、初始条件七、边界条件、初始条件 八、热分析误差估计八、热分析误差估计Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-3 第三章稳态传热分析第三章稳态传热分析一、稳态传热的定义一、稳态传热的定义二、热分析的单元二、热分析的单元三、三、ANSYS稳态热分析的基本过程稳态热分析的基本过程练习练习第四章瞬态传热分析第四章瞬态传热分析一、瞬态传热分析的定义一、瞬态传热分析的定

3、义二、瞬态热分析的单元及命令二、瞬态热分析的单元及命令三、三、ANSYS瞬态热分析的主要步骤瞬态热分析的主要步骤1、建模、建模2、加载求解、加载求解3、后处理、后处理四、相变问题四、相变问题练习练习Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-42001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-5在完成本章学习后，我们应该对热分析的基本概念有所了解，在完成本章学习后，我们应该对

4、热分析的基本概念有所了解，并了解它的基本分类。并了解它的基本分类。ModuleObjective第一讲第一讲 热分析的目的热分析的目的 第二讲第二讲 ANSYS的热分析的热分析 第三讲第三讲 ANSYS 热分析分类热分析分类 第四讲第四讲 耦合分析耦合分析 LessonObjectives 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-6 P-1. 热分析的目的热分析的目的 热分析热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的

5、获取或损失、热梯度、热流密度（热通量等。如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量等。热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。换热器、管路系统、电子元件等。ObjectiveDefinition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-7 P-2. ANSYS的热分析的热分析在在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/F

6、LOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能。五种产品中包含热分析功能。 ANSYS热分析基于热分析基于能量守恒原理的热平衡方程能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ANSYS热分析包括热分析包括热传导热传导、热对流热对流及及热辐射热辐射三种热传递方式。此三种热传递方式。此外，还可以分析外，还可以分析相变相变、有内热源有内热源、接触热阻接触热阻等问题。等问题。Objective2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Ga

7、o (011001)Them-8 P-3. ANSYS的热分析分类的热分析分类 稳态传热稳态传热：系统的温度场不随时间变化：系统的温度场不随时间变化瞬态传热瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化：系统的温度场随时间明显变化ObjectiveGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-9 P-4.与热有关的耦合分析与热有关的耦合分析 热结构耦合热结构耦合 热流体耦合热流体耦合 热电耦合热电耦合 热磁耦合热磁耦合 热电磁结构耦合热电磁结构耦合等等ObjectiveGuideli

8、nes2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-102001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-11本章学习，我们简单介绍热分析的基础知识，以助于大家对本章学习，我们简单介绍热分析的基础知识，以助于大家对以后的热分析有个大体概念。以后的热分析有个大体概念。ModuleObjective第一讲、符号与单位第一讲、符号与单位 第二讲、传热学经典理论回顾第二讲、传热学经典理论回顾 第三讲、热传

9、递的方式第三讲、热传递的方式 第四讲、稳态传热第四讲、稳态传热 第五讲、瞬态传热第五讲、瞬态传热 第六讲、线性与非线性第六讲、线性与非线性 第七讲、边界条件、初始条件第七讲、边界条件、初始条件 第八讲、热分析误差估计第八讲、热分析误差估计 LessonObjectives 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-12项目项目国际单位国际单位英制单位英制单位ANSYS代号代号长度mft英尺 时间ss 质量Kglbm 磅质量 温度oF 力Nlbf 能量（热量）JBTU英制热单位 功率（热流率

10、）WBTU/sec 热流密度W/m2BTU/sec-ft2 生热速率W/m3BTU/sec-ft3 导热系数W/m-BTU/sec-ft-oFKXX对流系数W/m2-BTU/sec-ft2-oFHF密度Kg/m3lbm/ft3DENS比热J/Kg-BTU/lbm-oFC焓J/m3BTU/ft3ENTH表征物体吸收的热量，为一个体系的内能与体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积之和2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-13 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本

11、 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-14 1、热传导、热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：传导遵循付里叶定律：qn=-k*(dT/dx)，式中，式中qn为热流密为热流密度（度（W/m2），），k为导热系数（为导热系数（W/m-），），“-”表示热量表示热量流向温度降低的方向。流向温度降低的方向。2、热对流、热对流热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于热对流是

12、指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为两类：温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为两类：自然对流自然对流和和强制对流强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述：。热对流用牛顿冷却方程来描述： qn= h*(TS-TB)，式中，式中h为对流换热系数（或称膜传热系数、为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等），给热系数、膜系数等）， TS为固体表面的温度，为固体表面的温度， TB为周为周围流体的温度。围流体的温度。Definition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich

13、Gao (011001)Them-15 3、热辐射、热辐射热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。物体温度越高，单位时间辐射的热量越多。量交换过程。物体温度越高，单位时间辐射的热量越多。热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐射无须任何热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐射无须任何介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递每个物体同

14、时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬可以用斯蒂芬波尔兹曼方程来计算：波尔兹曼方程来计算：q=A1F12(T14-T24)，式中，式中q为热流率，为热流率， 为辐射率（黑度），为辐射率（黑度）， 为斯蒂芬为斯蒂芬波尔兹曼常数，约为波尔兹曼常数，约为5.6710-8W/m2.K4，A1为辐射面为辐射面1的面积，的面积，F12为由辐射面为由辐射面1到辐射面到辐射面2的形状系数，的形状系数，T1为辐为辐射面射面1的绝对温度，的绝对温度，T2为辐射面为辐射面2的绝对温度。由上式可的绝对温度。由上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。Defi

15、nition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-16 如果系统的净热流率为，即流入系统的热量加上系统自身产生的如果系统的净热流率为，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：热量等于流出系统的热量：q流入流入+q生成生成-q流出流出=0，则系统处于，则系统处于热稳热稳态态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析。在稳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为（以矩阵形式表示）的能量平衡方程为（以矩阵形式表示）KT=Q式中：式中： K

16、为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；数； T为节点温度向量；为节点温度向量； Q为节点热流率向量，包含热生成；为节点热流率向量，包含热生成；ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成条件，生成K 、 T以及以及Q 。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-17 瞬态传热过程瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系

17、统是指一个系统的加热或冷却过程。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随时间都有明显变化。的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）： C +KT=Q式中式中: K为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；系数； C为比热矩阵为比热矩阵,考虑系统内能的增加考虑系统内能的增加; T为节点温度向量；为节点温度向量； 为温度对时间的导数为温度对时间的导数; Q为节点热流率向量，包含热生成。为节点热

18、流率向量，包含热生成。 TTGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-18如果有下列情况产生，则为非线性热分析：如果有下列情况产生，则为非线性热分析：、材料热性能随温度变化，如、材料热性能随温度变化，如K(T),C(T)等；等；、边界条件随温度变化，如、边界条件随温度变化，如h(T)等；等；、含有非线性单元；、含有非线性单元；、考虑辐射传热、考虑辐射传热非线性热分析的热平衡矩阵方程非线性热分析的热平衡矩阵方程为：为： C(T) +K(T)T=Q (T)TGuidelin

19、es2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-19 ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度温度;热流率热流率;热流密度热流密度;对流对流;辐射辐射;绝热绝热;生热。生热。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-20 仅用于评估由于网格密度不够带来的误差；仅用于评估由于网格密度不够带来的误差； 仅适用于仅适用于SO

20、LID或或SHELL的热单元（只有温度一个自由度）；的热单元（只有温度一个自由度）； 基于单元边界的热流密度的不连续；基于单元边界的热流密度的不连续； 仅对一种材料、线性、稳态热分析有效；仅对一种材料、线性、稳态热分析有效； 使用自适应网格划分可以对误差进行控制。使用自适应网格划分可以对误差进行控制。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-212001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (0

21、11001)Them-22本章学习，我们将介绍稳态传热分析的知识，以助于大家了本章学习，我们将介绍稳态传热分析的知识，以助于大家了解以后的稳态传热分析，并能对简单的问题进行求解。解以后的稳态传热分析，并能对简单的问题进行求解。ModuleObjective第一讲、稳态传热的定义第一讲、稳态传热的定义第二讲、热分析的单元第二讲、热分析的单元第三讲、第三讲、 ANSYS稳态热分析的基本过程稳态热分析的基本过程练习练习LessonObjectives 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-2

22、3稳态传热稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。分布。稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数温度、热梯度、热流率、热流密度等参数Definition2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-24热分析涉及到的单元有大约热

23、分析涉及到的单元有大约40种，其中纯粹用于热分析的有种，其中纯粹用于热分析的有14种：种：线性线性：LINK32两维二节点热传导单元两维二节点热传导单元 LINK33三维二节点热传导单元三维二节点热传导单元 LINK34二节点热对流单元二节点热对流单元 LINK31二节点热辐射单元二节点热辐射单元二维实体二维实体：PLANE55四节点四边形单元四节点四边形单元PLANE77八节点四边形单元八节点四边形单元PLANE35三节点三角形单元三节点三角形单元PLANE75四节点轴对称单元四节点轴对称单元PLANE78八节点轴对称单元八节点轴对称单元三维实体三维实体SOLID87六节点四面体单元六节点四

24、面体单元SOLID70八节点六面体单元八节点六面体单元SOLID90二十节点六面体单元二十节点六面体单元壳壳SHELL57四节点四节点点点MASS71有关单元的详细解释，请参阅有关单元的详细解释，请参阅ANSYS Element Reference Guide2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-25ANSYS热分析可分为三个步骤：热分析可分为三个步骤： 前处理前处理：建模建模 求解求解：施加载荷计算施加载荷计算 后处理后处理：查看结果查看结果Procedure1. .2. .3. .

25、 2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-26、确定、确定jobname、title、unit；、进入、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项；前处理，定义单元类型，设定单元选项；、定义单元实常数；、定义单元实常数；、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可以是恒定的，也可以随温度变化；系数，它可以是恒定的，也可以随温度变化；、创建几何模型并划分网格，请参阅、创建几何模型并划分网格，请参阅ANSYS Mod

26、eling and Meshing Guide。Guidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-27、定义分析类型、定义分析类型如果进行新的热分析：如果进行新的热分析：Command: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menuSolution-Analysis Type-New AnalysisSteady-state如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command: ANTYPE, STATIC, RE

27、STGUI: Main menuSolutionAnalysis Type-Restart2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-28、施加载荷、施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件边界条件) ：a、恒定的温度、恒定的温度通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。Command Family:DGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Te

28、mperatureGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-29b、热流率、热流率热流率热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中(通常线单元模型通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷不能施加对流或热流密度载荷)，如果输入的值为正，代表热流，如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则点上则ANSYS读取温度值进行计算。读取温度值

29、进行计算。注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元要密一些，在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点单元要密一些，在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时，尤其要注意。此外，尽可能使用热生成或热流上施加热流率时，尤其要注意。此外，尽可能使用热生成或热流密度边界条件，这样结果会更精确些。密度边界条件，这样结果会更精确些。Command Family: FGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat FlowGuidelines2001年10月1日3/1

30、1/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-30c、对流、对流对流边界条件作为面载施加于实体的外表面，计算与流体的热交换，对流边界条件作为面载施加于实体的外表面，计算与流体的热交换，它仅可施加于实体和壳模型上，对于线模型，可以通过对流线单它仅可施加于实体和壳模型上，对于线模型，可以通过对流线单元元LINK34考虑对流。考虑对流。Command Family: SFGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionGuidelines2001年10月1日3/11/2

31、022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-31d、热流密度、热流密度热流密度热流密度也是一种面载。当通过单位面积的热流率已知或通过也是一种面载。当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRAN CFD计算得到时，可以在模型相应的外表面施加热计算得到时，可以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入的值为正，代表热流流入单元。热流密度也仅流密度。如果输入的值为正，代表热流流入单元。热流密度也仅适用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在同一外表面，适用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在同一外表面，但但ANSYS仅读取最后

32、施加的面载进行计算。仅读取最后施加的面载进行计算。Command Family: FGUI：Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat FluxGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-32e、生热率、生热率生热率生热率作为体载施加于单元上，可以模拟化学反应生热或电流生热。作为体载施加于单元上，可以模拟化学反应生热或电流生热。它的单位是单位体积的热流率。它的单位是单位体积的热流率。Command Family: BFGUI：Ma

33、in MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-Heat GeneratGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-33定载荷步选项对于一个热分析，可以确定普通选项、非线性选项以及输出控制。对于一个热分析，可以确定普通选项、非线性选项以及输出控制。a. 普通选项普通选项 时间选项时间选项：虽然对于稳态热分析，时间选项并没有实际的物理意：虽然对于稳态热分析，时间选项并没有实际的物理意义，但它提供了一个方便的义，但它提供了一个方便的设置载荷步和载荷子步

34、的设置载荷步和载荷子步的方法。方法。Command: TIMEGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and Substps2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-34 每载荷步中子步的数量或时间步大小每载荷步中子步的数量或时间步大小：对于非线性分析，每一载荷：对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。步需要多个子步。Command: NSUBSTGUI: Main MenuSolutio

35、n-Load Step Opts- Time/Frequenc Time and SubstpsCommand: DELTIMGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts- Time/Frequenc Time-Time Step2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-35 递进或阶越选项递进或阶越选项：如果定义阶越：如果定义阶越(stepped)选项，载荷值在这个载选项，载荷值在这个载荷步内保持不变；如果为递进荷步内保持不变；如果为递进(ramped)选项

36、，则载荷值由上一载选项，则载荷值由上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线性变化。荷步值到本载荷步值随每一子步线性变化。Command: KBCGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and SubstpsGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-36定载荷步选项b. 非线性选项非线性选项 迭代次数迭代次数：本选项设置每一子步允许的最多的迭代次数。默认值为：本选项设置每一子

37、步允许的最多的迭代次数。默认值为25，对大数热分析问题足够。对大数热分析问题足够。Command: NEQITGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearEquilibrium IterGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-37 自动时间步长自动时间步长: 对于非线性问题，可以自动设定子步间载荷的增长，对于非线性问题，可以自动设定子步间载荷的增长，保证求解的稳定性和准确性。保证求解的稳定性和准确性。Command: A

38、UTOTSGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime-Time Step/Time and SubstpsGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-38 收敛误差收敛误差：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。Command: CNVTOLGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearConvergence Cri

39、tGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-39求解结束选项求解结束选项：如果在规定的迭代次数内，达不到收敛，：如果在规定的迭代次数内，达不到收敛，ANSYS可可以停止求解或到下一载荷步继续求解。以停止求解或到下一载荷步继续求解。Command: NCNVGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearCriteria to StopGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5

40、XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-40线性搜索线性搜索：设置本选项可使：设置本选项可使ANSYS用用Newton-Raphson方法进行线方法进行线性搜索。性搜索。Command: LNSRCHGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearLine SearchGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-41预测矫正预测矫正：本选项可激活每一子步第一次迭代对自由度求解的预测矫：本选项可激

41、活每一子步第一次迭代对自由度求解的预测矫正。正。Command: PREDGUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-NolinearPredictorGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-42定载荷步选项c. 输出控制输出控制 控制打印输出控制打印输出：本选项可将任何结果数据输出到：本选项可将任何结果数据输出到*.out 文件中。文件中。Command: OUTPRGUI: Main MenuSolution-Load Step O

42、pts-Output CtrlsSolu PrintoutGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-43c. 输出控制输出控制 控制结果文件控制结果文件：控制：控制*.rth的内容。的内容。Command: OUTRES GUI: Main MenuSolution-Load Step Opts-Output CtrlsDB/Results FileGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:

43、Haich Gao (011001)Them-44确定分析选项a. Newton-Raphson选项选项（仅对非线性分析有用）（仅对非线性分析有用）Command: NROPT GUI: Main MenuSolutionAnalysis Options2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-45b. 选择求解器选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解：可选择如下求解器中一个进行求解： Frontal solver(默认）默认） Jacobi Conjugate Gradient(JC

44、G) solver JCG out-of-memory solver Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG) Iterative(automatic solver selection option)Command: EQSLV GUI: Main MenuSolutionAnalysis Options注意注意：热分析可选用：热分析可选用Iterative选项进行快速求解，但如下情况除外：选项进行快速求解，但如下情况除外： 热分析包含热分

45、析包含SURF19或或SURF22或超单元；或超单元； 热辐射分析；热辐射分析； 相变分析相变分析 需要需要restart an analysisGuidelines2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-46c. 确定绝对零度确定绝对零度：在进行热辐射分析时，要将目前的温度值换算为：在进行热辐射分析时，要将目前的温度值换算为绝对温度。如果使用的温度单位是摄氏度，此值应设定为绝对温度。如果使用的温度单位是摄氏度，此值应设定为273；如果使用的是华氏度，则为如果使用的是华氏度，则为460。

46、Command: TOFFSTGUI: Main MenuSolutionAnalysis Options2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-47保存模型保存模型: 点击点击ANSYS工具条工具条SAVE_DB。求解求解Command: SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-48ANSYS将热分析的结果

47、写入将热分析的结果写入*.rth文件中，它包含如下数据：文件中，它包含如下数据：基本数据：基本数据： 节点温度节点温度导出数据：导出数据： 节点及单元的热流密度节点及单元的热流密度 节点及单元的热梯度节点及单元的热梯度 单元热流率单元热流率 节点的反作用热流率节点的反作用热流率 其它其它2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-49对于稳态热分析，可以使用对于稳态热分析，可以使用POST1进行后处理，关于后处理的完整进行后处理，关于后处理的完整描述，可参阅描述，可参阅ANSYS Basic

48、 Analysis Procedures Guide。进入进入POST1后，读入载荷步和子步：后，读入载荷步和子步：Command: SET GUI: Main MenuGeneral Postproc-Read Results-By Load Step2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-50可以通过如下三种方式查看结果：可以通过如下三种方式查看结果： 彩色云图显示彩色云图显示Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等GUI: Main MenuGeneral

49、Postproc Plot ResultsNodal Solu, Element Solu, Elem Table2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-51 矢量图显示矢量图显示Command: PLVECTGUI: Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsPre-defined or Userdefined2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them

50、-52 列表显示列表显示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等GUI: Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solu, Element Solu, Reaction Solu详细过程请参阅详细过程请参阅ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-53 某一某一潜水艇潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为可以简化为一圆筒，它由三层组

51、成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。外为海水，求内外壁面温度及温度分布。几何参数几何参数：筒外径：筒外径30feet总壁厚总壁厚2inch不锈钢层壁厚不锈钢层壁厚 0.75inch玻纤层壁厚玻纤层壁厚1inch铝层壁厚铝层壁厚0.25inch筒长筒长200feet导热系数导热系数：不锈钢：不锈钢8.27BTU/hr.ft.oF玻纤玻纤0.028BTU/hr.ft.oF铝铝117.4BTU/hr.ft.oFExercise2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培

52、训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-54边界条件边界条件 ： 空气温度空气温度 70oF 海水温度海水温度 44.5oF空气对流系数空气对流系数 2.5 BTU/hr.ft2.oF海水对流系数海水对流系数 80 BTU/hr.ft2.oF沿垂直于圆筒轴线作横截沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中面，得到一圆环，取其中1度进行分析度进行分析,如图示。如图示。2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-55以下分别列出以下分别列

53、出log文件和菜单文件。文件和菜单文件。/filename, Steady1/title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFTRo=15!外径外径(ft)Rss=15-(0.75/12)!不锈钢层内径不锈钢层内径ft)Rins=15-(1.75/12)!玻璃纤维层内径玻璃纤维层内径(ft)Ral=15-(2/12)!铝层内径铝层内径 (ft)Tair=70!潜水艇内空气温度潜水艇内空气温度Tsea=44.5!海水温度海水温度Kss=8.27!不锈钢的导热系数不锈钢的导热系数 (BTU/hr.ft.oF)Kins=0.02

54、8!玻璃纤维的导热系数玻璃纤维的导热系数 (BTU/hr.ft.oF)2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-56Kal=117.4!铝的导热系数铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5!空气的对流系数空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80!海水的对流系数海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55!定义二维热单元定义二维热单元mp,kxx,1,Kss!设定不锈钢的导热系数设定不锈钢的导热系数mp,kxx,2,Kin

55、s!设定玻璃纤维的导热系数设定玻璃纤维的导热系数mp,kxx,3,Kal!设定铝的导热系数设定铝的导热系数pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!创建几何模型创建几何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,all2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-57numcmp,arealesize,1,16!设定划分网格密度设定划分网格密度lesize,4,4lesize,14,5lesize,16,2eshape,2!设定

56、为映射网格划分设定为映射网格划分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,32001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-58/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,TAIR!施加空气对流边界施加空气对流边界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA!施加海水对流边界施加海水对流边界SOLVE /POST1PLNSOL！输出温度彩色云图！输出温度彩色云图finish2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:

57、 Haich Gao (011001)Them-59菜单操作菜单操作:1.Utility MenuFilechange jobname, 输入输入Steady1；2.Utility MenuFilechange title,输入输入Steady-state thermal analysis of submarine；3.在命令行输入在命令行输入:/units, BFT；4.Main Menu: Preprocessor；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-60菜单操作菜单操作:5.M

58、ain Menu: Preprocessor E l e m e n t T y p e Add/Edit/Delete ,选择选择PLANE55；6.Main Menu: Preprocessor M a t e r i a l P r o p -Constant - Isotropic,默默认材料编号为认材料编号为1,在在KXX框框中输入中输入8.27,选择选择APPLY,输输入材料编号为入材料编号为2,在在KXX框框中输入中输入0.028,选择选择APPLY,输入材料编号为输入材料编号为3,在在KXX框中输入框中输入117.4；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程

59、版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-61菜单操作菜单操作:7.Main Menu: Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleBy Dimensions 在在RAD1中输入中输入15,在在RAD2中输入中输入15-(.75/12),在在THERA1中输入中输入-0.5,在在THERA2中输入中输入0.5,选择选择APPLY;在在RAD1中输入中输入15-(.75/12),在在RAD2中输入中输入15-(1.75/12),选择选择APPLY;在在RAD1中输入中输入15-(1.75/12),在在RAD2中

60、输入中输入15-2/12,选择选择OK；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-62菜单操作菜单操作:8.Main Menu: Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,选择选择PICK ALL；2001年10月1日3/11/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Them-63菜单操作菜单操作:9.Main Menu: Preprocessor-Meshing-Si