ansys热分析瞬态稳态

ansys热分析瞬态稳态演示文稿2001年10月1日ANSYS培训教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)Them-1现在是1页\一共有134页\编辑于星期日2001年10月1日ANSYS培训教程–版本5.5–XJTUMSSVBy:HaichGao(011001)Them-2优选ansys热分析瞬态稳态现在是2页\一共有134页\编辑于星期日目录

第一章简介 一、热分析的目的 二、ANSYS的热分析 三、ANSYS热分析分类四、耦合分析第二章基础知识一、符号与单位二、传热学经典理论回顾三、热传递的方式四、稳态传热五、瞬态传热六、线性与非线性七、边界条件、初始条件八、热分析误差估计Guidelines现在是3页\一共有134页\编辑于星期日目录

（续）第三章稳态传热分析一、稳态传热的定义二、热分析的单元三、ANSYS稳态热分析的基本过程练习第四章瞬态传热分析一、瞬态传热分析的定义二、瞬态热分析的单元及命令三、ANSYS瞬态热分析的主要步骤1、建模2、加载求解3、后处理四、相变问题练习Guidelines现在是4页\一共有134页\编辑于星期日第一章

热分析简介现在是5页\一共有134页\编辑于星期日在完成本章学习后，我们应该对热分析的基本概念有所了解，并了解它的基本分类。ModuleObjective第一讲热分析的目的第二讲ANSYS的热分析第三讲ANSYS热分析分类第四讲耦合分析

LessonObjectives目标

现在是6页\一共有134页\编辑于星期日热分析的目的

P-1.热分析的目的

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，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、换热器、管路系统、电子元件等。ObjectiveDefinition现在是7页\一共有134页\编辑于星期日ANSYS的热分析P-2.ANSYS的热分析在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能。·

ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。·

ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。Objective现在是8页\一共有134页\编辑于星期日ANSYS的热分析分类P-3.ANSYS的热分析分类稳态传热：系统的温度场不随时间变化瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化ObjectiveGuidelines现在是9页\一共有134页\编辑于星期日耦合分析P-4.与热有关的耦合分析·

热－结构耦合·

热－流体耦合·

热－电耦合·

热－磁耦合·

热－电－磁－结构耦合等ObjectiveGuidelines现在是10页\一共有134页\编辑于星期日第二章

基础知识现在是11页\一共有134页\编辑于星期日本章学习，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。ModuleObjective第一讲、符号与单位第二讲、传热学经典理论回顾第三讲、热传递的方式第四讲、稳态传热第五讲、瞬态传热第六讲、线性与非线性第七讲、边界条件、初始条件第八讲、热分析误差估计LessonObjectives目标

现在是12页\一共有134页\编辑于星期日第一讲、符号与单位项目国际单位英制单位ANSYS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）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现在是13页\一共有134页\编辑于星期日第二讲、传热学经典理论回顾

现在是14页\一共有134页\编辑于星期日第三讲、热传递的方式

1、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：qn=-k*(dT/dx)，式中qn为热流密度（W/m2），k为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。2、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：自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述：qn=h*(TS-TB)，式中h为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等），TS为固体表面的温度，TB为周围流体的温度。Definition现在是15页\一共有134页\编辑于星期日第三讲、热传递的方式

3、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，系统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬—波尔兹曼方程来计算：q=εσA1F12(T14-T24)，式中q为热流率，ε为辐射率（黑度），σ为斯蒂芬－波尔兹曼常数，约为5.67×10-8W/m2.K4，A1为辐射面1的面积，F12为由辐射面1到辐射面2的形状系数，T1为辐射面1的绝对温度，T2为辐射面2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。Definition现在是16页\一共有134页\编辑于星期日第四讲、稳态传热

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：q流入+q生成-q流出=0，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为（以矩阵形式表示）[K]{T}={Q}

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系数；

{T}为节点温度向量；

{Q}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条件，生成[K]、{T}以及{Q}。Guidelines现在是17页\一共有134页\编辑于星期日第五讲、瞬态传热

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。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]{}+[K]{T}={Q}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系数；

[C]为比热矩阵,考虑系统内能的增加; {T}为节点温度向量；

{}为温度对时间的导数; {Q}为节点热流率向量，包含热生成。Guidelines现在是18页\一共有134页\编辑于星期日第六讲、线性与非线性如果有下列情况产生，则为非线性热分析：①、材料热性能随温度变化，如K(T),C(T)等；②、边界条件随温度变化，如h(T)等；③、含有非线性单元；④、考虑辐射传热非线性热分析的热平衡矩阵方程为：

[C(T)]{}+[K(T)]{T}={Q(T)}Guidelines现在是19页\一共有134页\编辑于星期日第七讲、边界条件、初始条件

ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度;热流率;热流密度;对流;辐射;绝热;生热。Guidelines现在是20页\一共有134页\编辑于星期日第八讲、热分析误差估计

·

仅用于评估由于网格密度不够带来的误差；·

仅适用于SOLID或SHELL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；·

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。Guidelines现在是21页\一共有134页\编辑于星期日第三章

稳态传热分析现在是22页\一共有134页\编辑于星期日本章学习，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。ModuleObjective第一讲、稳态传热的定义第二讲、热分析的单元第三讲、ANSYS稳态热分析的基本过程练习LessonObjectives目标

现在是23页\一共有134页\编辑于星期日第一讲、稳态传热的定义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。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Definition现在是24页\一共有134页\编辑于星期日第二讲、热分析的单元热分析涉及到的单元有大约40种，其中纯粹用于热分析的有14种：线性： LINK32 两维二节点热传导单元

LINK33 三维二节点热传导单元

LINK34 二节点热对流单元

LINK31 二节点热辐射单元二维实体：PLANE55 四节点四边形单元

PLANE77 八节点四边形单元

PLANE35 三节点三角形单元

PLANE75 四节点轴对称单元

PLANE78 八节点轴对称单元三维实体SOLID87 六节点四面体单元

SOLID70 八节点六面体单元

SOLID90 二十节点六面体单元壳

SHELL57 四节点点

MASS71 有关单元的详细解释，请参阅《ANSYSElementReferenceGuide》现在是25页\一共有134页\编辑于星期日第三讲、

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·

求解： 施加载荷计算·

后处理： 查看结果Procedure1......2......3......

现在是26页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤一：建模①、确定jobname、title、unit；②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项；③、定义单元实常数；④、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；⑤、创建几何模型并划分网格，请参阅《ANSYSModelingandMeshingGuide》。Guidelines现在是27页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算①、定义分析类型如果进行新的热分析：Command:ANTYPE,STATIC,NEWGUI:Mainmenu>Solution>-AnalysisType->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现在是28页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算②、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-TemperatureGuidelines现在是29页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算b、热流率热流率作为节点集中载荷，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-HeatFlowGuidelines现在是30页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算c、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，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-ConvectionGuidelines现在是31页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算d、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>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-HeatFluxGuidelines现在是32页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算e、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-HeatGeneratGuidelines现在是33页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算③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>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Time-TimeStep/TimeandSubstps现在是34页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算·

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现在是35页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算·

递进或阶越选项：如果定义阶越(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/TimeandSubstpsGuidelines现在是36页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算③定载荷步选项b.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>EquilibriumIterGuidelines现在是37页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算·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/TimeandSubstpsGuidelines现在是38页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算·

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>ConvergenceCritGuidelines现在是39页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算·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。Command:NCNVGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Nolinear>CriteriatoStopGuidelines现在是40页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算·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>LineSearchGuidelines现在是41页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算·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>PredictorGuidelines现在是42页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算③定载荷步选项c.

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>SoluPrintoutGuidelines现在是43页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算c.

输出控制·

控制结果文件：控制*.rth的内容。Command:OUTRESGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>DB/ResultsFileGuidelines现在是44页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算④确定分析选项a.Newton-Raphson选项（仅对非线性分析有用）Command:NROPTGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions现在是45页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算b.

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)solver·

JCGout-of-memorysolver·

IncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)solver·

Pre-ConditionedConjugateGradientSolver(PCG)·

Iterative(automaticsolverselectionoption)Command:EQSLVGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions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restartananalysisGuidelines现在是46页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算c.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现在是47页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤二:施加载荷计算⑤保存模型:点击ANSYS工具条SAVE_DB。⑥求解Command:SOLVEGUI:MainMenu>Solution>CurrentLS现在是48页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤三：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·

其它现在是49页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤三：后处理对于稳态热分析，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现在是50页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤三：后处理可以通过如下三种方式查看结果：·

彩色云图显示Command:PLNSOL,PLESOL,PLETAB等GUI:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu,ElementSolu,ElemTable现在是51页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤三：后处理·

矢量图显示Command:PLVECTGUI:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Pre-definedorUserdefined现在是52页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析步骤三：后处理·

列表显示Command:PRNSOL,PRESOL,PRRSOL等GUI:MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolu,ElementSolu,ReactionSolu详细过程请参阅《ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide》。现在是53页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析

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

30 feet

总壁厚

2 inch

不锈钢层壁厚

0.75 inch

玻纤层壁厚

1 inch

铝层壁厚

0.25 inch

筒长

200 feet导热系数：不锈钢

8.27 BTU/hr.ft.oF

玻纤

0.028 BTU/hr.ft.oF

铝

117.4 BTU/hr.ft.oFExercise现在是54页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析边界条件：空气温度70oF

海水温度44.5oF空气对流系数2.5BTU/hr.ft2.oF海水对流系数80BTU/hr.ft2.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。现在是55页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析以下分别列出log文件和菜单文件。/filename,Steady1/title,Steady-statethermalanalysisofsubmarine/units,BFTRo=15 !外径(ft)Rss=15-(0.75/12) !不锈钢层内径ft)Rins=15-(1.75/12) !玻璃纤维层内径(ft)Ral=15-(2/12) !铝层内径(ft)Tair=70 !潜水艇内空气温度Tsea=44.5 !海水温度Kss=8.27 !不锈钢的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Kins=0.028 !玻璃纤维的导热系数(BTU/hr.ft.oF)现在是56页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析Kal=117.4 !铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Hair=2.5 !空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)/prep7et,1,plane55 !定义二维热单元mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数mp,kxx,3,Kal !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,all 现在是57页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析numcmp,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现在是58页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析/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

/POST1PLNSOL ！输出温度彩色云图finish现在是59页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析菜单操作:1.UtilityMenu>File>changejobname,输入Steady1；2.UtilityMenu>File>changetitle,输入Steady-statethermalanalysisofsubmarine；3.在命令行输入:/units,BFT；4.MainMenu:Preprocessor；现在是60页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析菜单操作: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8.27,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KXX框中输入117.4；现在是61页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析菜单操作: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；现在是62页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析菜单操作:8.MainMenu:Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleane->Glue>Area,选择PICKALL；现在是63页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析菜单操作:9.MainMenu:Preprocessor>-Meshing-SizeContrls>-Lines-PickedLines选择不锈钢层短边,在NDIV框中输入4,选择APPLY;现在是64页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析选择玻璃纤维层的短边,在NDIV框中输入5,选择APPLY;选择铝层的短边,在NDIV框中输入2,选择APPLY;选择四个长边,在NDIV中输入16；现在是65页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析10.MainMenu:Preprocessor>-Attributes-Define>PickedArea选择不锈钢层,在MAT框中输入1,选择APPLY;选择玻璃纤维层,在MAT框中输入2,选择APPLY;选择铝层,在MAT框中输入3,选择OK；现在是66页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析11.MainMenu:Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>3or4sided,选择PICKALL；现在是67页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析12.MainMenu:Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection>Onlines选择不锈钢外壁,在VALI框中输入80,在VAL2I框中输入44.5,选择APPLY;现在是68页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析选择铝层内壁,在VALI框中输入2.5,在VAL2I框中输入70,选择OK；现在是69页\一共有134页\编辑于星期日练习：稳态传热分析13.MainMenu:Solution>-Solve-CurrentLS；14.MainMenu:GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu,选择Temperature。现在是70页\一共有134页\编辑于星期日《ANSYSVerificationManual》中关于稳态热分析的实例：VM58 CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM92 InsultedwalltemperatureVM93 TemperaturedependentconductivityVM94 HeatgeneratingplateVM95 HeattransferfromacoolingspineVM96 TemperaturedistributioninashortsolidcylinderVM97 TemperaturedistributionalongastraightfinVM98 TemperaturedistributionalongataperedfinVM99 TemperaturedistributioninatrapezoidalfinVM100 Heatconductivityacrossachimneysection现在是71页\一共有134页\编辑于星期日稳态热分析的实例：VM101 TemperaturedistributioninashortsolidcylinderVM102 CylinderwithtemperaturedependentconductivityVM103 ThinplatewithacentralheatsourceVM105 HeatgenerationcoilwithtemperaturedependentconductivityVM108 TemperaturegradientacrossasolidcylinderVM118 CenterlinetemperatureofaheatgeneratingwireVM160 SolidcylinderwithharmonictemperatureloadVM161 HeatflowfromainsulatedpipeVM162 CoolingofacircularfinofrectangularprofileVM193 Adaptiveanalysisoftwo-dimensionalheattransferwithconvection现在是72页\一共有134页\编辑于星期日第四章

瞬态传热分析现在是73页\一共有134页\编辑于星期日本章学习，我们将介绍瞬态传热分析的知识，以助于大家了解瞬态传热分析，并能对简单的问题进行求解。ModuleObjective第一讲、瞬态传热分析的定义第二讲、瞬态热分析的单元及命令第三讲、ANSYS瞬态热分析的主要步骤第四讲、建模第五讲、加载求解第六讲、后处理第七讲、相变问题练习LessonObjectives目标

现在是74页\一共有134页\编辑于星期日第一讲、瞬态传热的定义瞬态热分析用于计算一个系统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。其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。载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示。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。Definition现在是75页\一共有134页\编辑于星期日第二讲、瞬态热分析中的单元及命令瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。要了解每个单元的详细说明，请参阅《ANSYSElementReferenceGuide》。要了解每个命令的详细功能，请参阅《ANSYSCommandReferenceGuide》。Definition现在是76页\一共有134页\编辑于星期日第三讲、瞬态热分析的主要步骤建模加载求解后处理Procedure1......2......3......

现在是77页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤一：建模·

确定jobname、title、units,进入PREP7；·

定义单元类型并设置选项；·

如果需要，定义单元实常数；·

定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热；·

建立几何模型；·

对几何模型划分网格。关于建模及划分网格，请参阅《ANSYSModelingandMeshingGuide》。现在是78页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解a、定义分析类型·

如果第一次进行分析，或重新进行分析GUI:MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis>TransientCommand:ANTYPE,TRANSIENT,NEWGuidelines现在是79页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解a、定义分析类型·

如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）GUI:MainMenu>Solution>AnalysisType>RestartCommand:ANTYPE,TRANSIENT,RESTGuidelines现在是80页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解b、获得瞬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Command:

TUNIFGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Settings>UniformTempGuidelines现在是81页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解①、定义均匀温度场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：Command:

TREFGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Settings>ReferenceTempGuidelines现在是82页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解注意：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Command:

DGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>OnNodesGuidelines现在是83页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解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：Command:

DDELEGUI:MainMenu>Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>OnNodes现在是84页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解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：Command:

ICGUI:MainMenu>Solution>Loads>Apply>-InitialCondit'n>DefineGuidelines现在是85页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解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：·

设定载荷（如已知的温度、热对流等）·

将时间积分设置为OFF：Command:TIMINT,OFFGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeIntegration现在是86页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解现在是87页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解·

设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001）：Command:TIMEGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstpsGuidelines现在是88页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解·

写入载荷步文件：Command:

LSWRITEGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>WriteLSFile或先求解：Command:

SOLVEGUI:MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS注意：在第二载荷步中，要删去所有设定的温度，除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。Guidelines现在是89页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解c、设定载荷步选项①、普通选项时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：Command:TIMEGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubstpsGuidelines现在是90页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解c、设定载荷步选项①、普通选项每个载荷步的载荷子步数，或时间增量对于非线性分析，每个载荷步需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精度越高，同时计算的时间越长。根据线性传导热传递，可以按如下公式估计初始时间步长： ITS=δ2/4α其中δ为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度，α为导温系数，它等于导热系数除以密度与比热的乘积（α＝k/ρc)。Command:NSUBSTorDELTIMGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstpsGuidelines现在是91页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为阶越选项；如果载荷值随时间线性变化，则要设定为渐变选项：Command:KBCGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstps

Guidelines现在是92页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解②、非线性选项迭代次数：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。Command:NEQITGUI:MainMenu>Solution>-Loadstepopts>Nonlinear>EquilibriumIter现在是93页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解②、非线性选项自动时间步长：本选项为ON时，在求解过程中将自动调整时间步长。Command:AUTOTSGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeandSubstps现在是94页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解②、非线性选项时间积分效果：如果将此选项设定为OFF，将进行稳态热分析。Command:TIMINTGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Time/Frequenc>TimeIntegration现在是95页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解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Command:OUTPRGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->OutputCtrls>SoluPrintoutGuidelines现在是96页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤二：加载求解③、输出选项·

控制结果文件：控制*.rth的内容Command:OUTRESGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->OutputCtrls>DB/ResultsFile、存盘求解现在是97页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤三：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；Command:POST1GUI:MainMenu>GeneralPostproc.·

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。Command:POST26GUI:MainMenu>TimeHistPostprocGuidelines现在是98页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤三：后处理1、用POST1进行后处理·

进入POST1后，可以读出某一时间点的结果：Command:SETGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>ByTime/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:MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>ByLoadStep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、打印列表等后处理。Guidelines现在是99页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤三：后处理2、用POST26进行后处理·

首先要定义变量：Command:NSOLorESOLorRFORCEGUI:MainMenu>TimeHistPostproc>DefineVariables现在是100页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤三：后处理·

然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：Command:PLVARGUI:MainMenu>TimeHistPostproc>GraphVariables现在是101页\一共有134页\编辑于星期日瞬态热分析步骤三：后处理或列表输出：Command:PRVARGUI:MainMenu>TimeHistPostproc>ListVariables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《ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide》现在是102页\一共有134页\编辑于星期日第四讲、相变问题ANSYS热分析最强大的功能之一就是可以分析相变问题，例如凝固或熔化等。含有相变问题的热分析是一个非线性的瞬态的问题。相变问题需要考虑熔融潜热，即在相变过程吸收或释放的热量。ANSYS通过定义材料的焓随温度变化来考虑熔融潜热（如图所示）。

焓的单位是J/m3，是密度与比热的乘积对温度的积分：现在是103页\一共有134页\编辑于星期日第四讲、相变问题求解相变问题，应当设定足够小的时间步长，并将自动时间步长设置为ON；选用低阶的热单元，例如PLANE55或SOLID70。如果必须选用高阶单元，请将单元选项KEYOPT(1)设置为1:Command:keyopt(1)=1GUI:MainMenu>Prepocessor>ElementType>Add/Edit/Delete>Options>-Specificheatmatrix->DiagonalizedGuidelines现在是104页\一共有134页\编辑于星期日第四讲、相变问题在设定瞬态积分参数时，请将THETA值设置为1(默认为0.5):Command:TINTPGUI:MainMenu>Solution>-LoadandStepOpts->Time/Frequence>Timeintergration>THETAGuidelines现在是105页\一共有134页\编辑于星期日第四讲、相变问题线性搜索将有助于加速相变问题的求解。Command:LNSRCHGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts->Nonlinear>LineSearchGuidelines现在是106页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析

一个30公斤重、温度为70℃的铜块,以及一个20公斤重、温度为80℃的铁块，突然放入温度为20℃、盛满了300升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。过了一个小时，求铜块与铁块的最高温度(假设忽略水的流动)。材料热物理性能如下:Exercise热性能单位制铜铁水导热系数W/m℃38370.61密度Kg/m388897833996比热J/kg℃3904484185现在是107页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析现在是108页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析以下列出log文件及菜单操作说明/filename,transient1 /title,ThermalTransientExercise1!进入前处理/prep7 et,1,plane77 !定义单元类型mp,kxx,1,383 !定义材料热性能参数mp,dens,1,8889 !1～铜，2～铁，3～水mp,c,1,390 mp,kxx,2,70mp,dens,2,7837mp,c,2,448mp,kxx,3,0.61mp,dens,3,996mp,c,3,4185现在是109页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析

rectnag,0,0.6,0,0.5 !创建几何实体rectang,0.15,0.225,0.225,0.27rectang,0.6-0.2-0.058,0.6-0.2,0.225,0.225+0.044aovlap,all !布尔操作/pnum,area,1aplot

aatt,1,1,1 !划分网格eshape,2esize,0.02amesh,2aatt,2,1,1amesh,3aatt,3,1,1eshape,3esize,0.05amesh,4现在是110页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析

/pnum,mat,1eplotfinish

!加载求解/solu antype,transtimint,off !先作稳态分析,确定初始条件time,0.01 !设定只有一个子步的时间很小的载荷步deltim,0.01esel,s,mat,,3nsle,sd,all,temp,20esel,s,mat,,2nsle,sd,all,temp,80现在是111页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析

esel,s,mat,,1nsle,sd,all,temp,70allselsolve !得到初始温度分布

time,3600 !进行瞬态分析timint,on !打开时间积分deltim,26,2,200 !设置时间步长，最大及最小时间步长autots,on !打开自动时间步长

ddelet,all,temp !删除稳态分析中定义的节点温度 outres,all,1 !将每个子步的值写入数据库文件solvefinishsave现在是112页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析!进入POST26后处理 /post26 solu,2,dtime,,dtime !2～每一子步采用的时间步长nsol,3,node(0.1875,0.2475,0),temp,,T_Copper !3～铜块的中心点nsol,4,node(0.371,0.247,0),temp,,T_Iron !4～铁块的中心点nsol,5,node(30,0,0),temp,,T_H2O_Bot !5～水箱的底部 nsol,6,node(30,50,0),temp,,T_H2O_Top !6～水箱的顶部 nsol,7,node(0,25,0),temp,,T_H2O_Left !7～水箱的左部 nsol,8,node(60,25,0),temp,,T_H2O_Right !8～水箱的右部

Plvar,2plvar,3,4,5,6,7,8finish现在是113页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析!进入POST1后处理/post1 !设置为最后一个载荷子步set,lastesel,s,mat,,1nsle,splnsol,temp

esel,s,mat,,2nsle,splnsol,temp

finish现在是114页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析菜单操作:1、UtilityMenu:File>ChangeJobname,输入文件名Transient1；2、UtilityMenu:File>ChangeTitle,输入ThermalTransientExercise1；现在是115页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析3、MainMenu>Preprocessor，进入前处理；4、MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,选择单元plane77；现在是116页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析5、MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>Isotropic,定义材料1（铜）的KXX等于383、DENS等于8889、C等于1390；现在是117页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析6、MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>Isotropic,定义材料2（铁）的KXX等于70、DENS等于7837、C等于448；7、MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>Isotropic,定义材料3（水）的KXX等于0.61、DENS等于996、C等于4185；现在是118页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析8、MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Retangle>ByDimensions输入X1=0,Y1=0,X2=0.6,Y2=0.5,选择Apply;现在是119页\一共有134页\编辑于星期日练习：瞬态传热分析输入X1=0.15,Y1=0.225,X2=0.225,Y2=0.27,选择A