ANSYS稳态热分析的基本过程和实例

1、ANSYS稳态热分析的基本过程ANSYS热分析可分为三个步骤：前处理：建模、材料和网格分析求解：施加载荷计算后处理：查看结果1、建模 、确定jobname、title、unit； 、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； 、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ANSYSModelingandMeshingGuide。2、施加载荷计算 、定义分析类型如果进行新的热分析：Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:Mainmenu>Solution>-A

2、nalysisType->NewAnalysis>Steady-state如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:Mainmenu>Solution>AnalysisType->Restart 、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（边界条件）：a、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。CommandFamily:DGUI：MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperatureb、热流率热流率作为节点集中载荷，主

3、要用于线单元模型中（通常线单元模型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ANSYS读取温度值进行计算。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密度边界条件，这样结果会更精确些。CommandFamily:FGUI：MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-HeatFlowc、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

4、交换，它仅可施加于实体和壳模型上，对于线模型，可以通过对流线单元LINK34考虑对流。CommandFamily:SFGUI：MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convectiond、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FLOTRANCFD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ANSYS仅读取最后施加的面载进行计算。CommandFamily:FGUI：MainMenu>Solutio

5、n>-Loads-Apply>-Thermal-HeatFluxe、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。它的单位是单位体积的热流率。CommandFamily:BFGUI：MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-HeatGenerat 、确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。a. 普通选项 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义，但它提供了一个方便的设置载荷步和载荷子步的方法。Command:TIMEGUI:MainMenu>Solut

6、ion>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStep/TimeandSubstps 每载荷步中子步的数量或时间步大小：对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。Command:NSUBSTGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstpsCommand:DELTIMGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>Time-TimeStep递进或阶越选项：如果定义阶越(

7、stepped)选项，载荷值在这个载荷步内保持不变；如果为递进(ramped)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。Command:KBCGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStep/TimeandSubstpsb. 非线性选项迭代次数：本选项设置每一子步允许的最多的迭代次数。默认值为25，对大数热分析问题足够。Command:NEQITGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>EquilibriumIter

8、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，保证求解的稳定性和准确性。Command:AUTOTSGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStep/TimeandSubstps收敛误差：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。Command:CNVTOLGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>ConvergenceCrit求解结束选项：如果在规定的迭代次数内，达不到收敛，ANSYS可以停止求解或到下一载荷步继续求解。

9、Command:NCNVGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>CriteriatoStop线性搜索：设置本选项可使ANSYS用Newton-Raphson方法进行线性搜索。Command:LNSRCHGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>LineSearch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正。Command:PREDGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>Pre

10、dictorc. 输出控制控制打印输出：本选项可将任何结果数据输出到*.out文件中。Command:OUTPRGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>SoluPrintout控制结果文件：控制*.rth的内容。Command:OUTRESGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>DB/ResultsFile 、确定分析选项a. Newton-Raphson选项(仅对非线性分析有用)Command:NROPTGUI:MainMenu>Solut

11、ion>AnalysisOptionsb. 选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解：Frontalsolver(默认)JacobiConjugateGradient(JCG)solverJCGout-of-memorysolverIncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)solverPre-ConditionedConjugateGradientSolver(PCG)Iterative(automaticsolverselectionoption)Command:EQSLVGUI:MainMenu>Solution>Analysis

12、Options注意：热分析可选用Iterative选项进行快速求解，但如下情况除外： 热分析包含SURF19或SURF22或超单元； 热辐射分析； 相变分析 需要restartananalysisc. 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460。Command:TOFFSTGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions 、保存模型：点击ANSYS工具条SAVE_DB。 、求解Command:SOLVEGUI:MainMenu>Solution>

13、;CurrentLS3、后处理ANSYS将热分析的结果写入*.rth文件中，它包含如下数据：基本数据：节点温度导出数据：节点及单元的热流密度节点及单元的热梯度单元热流率节点的反作用热流率其它对于稳态热分析，可以使用POST1进行后处理，关于后处理的完整描述，可参阅ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide。进入POST1后，读入载荷步和子步：Command:SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-ByLoadStep可以通过如下三种方式查看结果：彩色云图显示Command:PLNSOL,PLESOL,PLET

14、AB等GUI:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu,ElementSolu,ElemTable矢量图显示Command:PLVECTGUI:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Pre-definedorUserdefined列表显示Command:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolu,ElementSolu,ReactionSolu详细过程请参

15、阅ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide。实例1：某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，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，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。几何参数：筒外径总壁厚2不锈钢层壁厚玻纤层壁厚铝层壁厚筒长导热系数不锈钢玻纤铝边界条件空气温度海水温度空气对流系数海水对流系数8.27117.430feetinch0.75inch1inch0.25inch200feetBTU/hr.ft.oF0.028BTU/hr.ft.oFBTU/hr.ft.oF70oF44.5oF2.5BTU/hr.ft2.oF80BTU/hr.ft2

16、.oF沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析,如图示。玻璃纤维不锈钢铝Z空气海水R15feetRo=15Rss=15-(0.75/12)Rins=15-(1.75/12)Ral=15-(2/12)以下分别列出log文件和菜单文件。/filename,Steady1/title,Steady-statethermalanalysisofsubmarine/units,BFT!外径(ft)!不锈钢层内径ft)!玻璃纤维层内径(ft)!铝层内径(ft)Tair=70!潜水艇内空气温度Tsea=44.5Kss=8.27Kins=0.028Kal=117.4Hair=2.5Hsea=8

17、0!海水温度!不锈钢的导热系数(BTU/hr.ft.oF)!玻璃纤维的导热系数(BTU/hr.ft.oF)!铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)!空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)!海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55mp,kxx,1,Kssmp,kxx,2,Kinsmp,kxx,3,Kal!定义二维热单元!设定不锈钢的导热系数!设定玻璃纤维的导热系数!设定铝的导热系数pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!创建几何模型pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5aglue,allnu

18、mcmp,arealesize,1,16!设定划分网格密度lesize,4,4lesize,14,5lesize,16,2eshape,2!设定为映射网格划分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,3/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,TAIR!施加空气对流边界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA!施加海水对流边界SOLVE/POST1PLNSOLfinish！输出温度彩色云图菜单操作:1. UtilityMenu>File>changejobename,输入Steady1；2. UtilityMenu>File>changet

19、itle,输入Steady-statethermalanalysisofsubmarine；3. 在命令行输入:/units,BFT；4. MainMenu:Preprocessor；5. MainMenu:Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,选择PLANE55；6. MainMenu:Preprocessor>MaterialProp>-Constant-Isotropic，默认材料编号为1,在KXX框中输入&27，选择APPLY,输入材料编号为2,在KXX框中输入0.028,选择APPLY,输入材料编号为3,在K

20、XX框中输入117.4；7. MainMenu:Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas-Circle>ByDimensions,在RAD1中输入15,在RAD2中输入15-(.75/12),在THERA1中输入-0.5,在THERA2中输入0.5，选择APPLY,在RAD1中输入15-(.75/12)，在RAD2中输入15-(1.75/12),选择APPLY在RAD1中输入15-(1.75/12),在RAD2中输入15-2/12,选择OK；8. MainMenu:Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleane->Glue>Area,选择P