2021年ANSYS传热分析实例汇总
实例1：
欧阳光明（2021.03.07）
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30feet
总壁厚2inch
不锈钢层壁厚0.75inch
玻纤层壁厚1inch
铝层壁厚0.25inch
筒长200feet
导热系数不锈钢8.27BTU/hr.ft.o F
玻纤0.028BTU/hr.ft.o F
铝117.4BTU/hr.ft.o F
边界条件空气温度70o F
海水温度44.5o F
空气对流系数2.5BTU/hr.ft2.o F
海水对流系数80BTU/hr.ft2.o F
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。
以下分别列出log文件和菜单文件。
/filename, Steady1
/title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFT
Ro=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) 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)
/prep7
et,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,-0.5,0.5
pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5
aglue,all
numcmp,area
lesize,1,,,16!设定划分网格密度
lesize,4,,,4
lesize,14,,,5
lesize,16,,,2
eshape,2!设定为映射网格划分
mat,1
amesh,1
mat,2
amesh,2
mat,3
amesh,3
/SOLU
SFL,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
/POST1
PLNSOL！输出温度彩色云图
finish
菜单操作:
1.U tility Menu>File>change jobename, 输入Steady1；
2.U tility Menu>File>change title,输入Steady-state thermal analysis of submarine；
3.在命令行输入:/units, BFT；
4.M ain Menu: Preprocessor；
5.M ain Menu: Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,选择PLANE55；
6.M ain Menu: Preprocessor>Material Prop>-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11
7.4；
7.M ain Menu: Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas-Circle>By Dimensions ,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.M ain Menu: Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleane->Glue>Area,选择PICK ALL；
9.M ain Menu: Preprocessor>-Meshing-Size Contrls>-Lines-Picked Lines,选择不锈钢层短边,在NDIV框中输入4,选择APPLY,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；
10.Main Menu: Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Area,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；
11.Main Menu: Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>3 or 4 sided,选择PICK ALL；
12.Main Menu: Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection>On lines,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,选择铝层内壁,在VALI框中输入2.5,在VAL2I框中输入70,选择OK；
13.Main Menu: Solution>-Solve-Current LS；
14.Main Menu: General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu,选择Temperature。
对流换热系数
定义：流体与固体表面之间的换热能力，比如说，物体表面与附近空气温差1℃，单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。单位为W/(m^2·℃)。表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位、表面与流体之间的温差以及流体的流速等都有密切关系。物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大。如人处在风速较大的环境中，由于皮肤表面的对流换热系数较大，其散热（或吸热）量也较大。对流换热系数可用经验公式计算，通常用巴兹公式计算。
的大致量级：空气自然对流 5 ～ 25 ，气体强制对流 20 ～ 100。
实例2:
一钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图所示:
砂模的热物理性能如下表所示:
铸钢的热物理性能如下表所示:
初始条件:铸钢的温度为2875o F，砂模的温度为80o F；
砂模外边界的对流边界条件：对流系数0.014Btu/hr.in2.o F，空气温度80o F；
求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。
/Title, Casting Solidification
!进入前处理
/prep7
et,1,plane55！定义单元
mp,dens,1,0.254！定义砂模热性能
mp,kxx,1,0.025
mp,c,1,0.28
mptemp,1,0,2643,2750,2875！定义铸钢的热性能
mpdata,kxx,2,1.44,1.54,1.22,1.22
mpdata,enth,2,0,128.1,163.8,174.2
mpplot,kxx,2
mpplot,enth,2
save
！创建几何模型
k,1,0,0,0
k,2,22,0,0
k,3,10,12,0 k,4,0,12,0
/pnum,kp,1
/pnum,line,1 /pnum,area,1 /Triad,ltop kplot
a,1,2,3,4 save rectng,4,22,4,8 aplot aovlap,all adele,3
aplot
save
！划分网格esize,1 amesh,5 mat,2
aplot amesh,4
eplot
/pnum,elem
/number,1
save
！进入加载求解
/SOLU
antype,trans！设定为瞬态分析
esel,s,mat,,2！设定铸钢的初始温度
nsle,s
/replot
ic,all,temp,2875
esel,inve！设定砂模的初始温度
nsle,s
/replot
ic,all,temp,80
allsel
save
lplot
sfl,1,CONV,0.014,,80！设定砂模外边界对流sfl,3,CONV,0.014,,80
sfl,4,CONV,0.014,,80
/psf,conv,2
time,3！设定瞬态分析时间
kbc,1！设定为阶越的载荷
autots,on！打开自动时间步长
deltim,0.01,0.001,0.25！设定时间步长
timint,on！打开时间积分
tintp,,,,1！将THETA设定为1
outres,all,all！输入每个子步的结果
solve
！进入后处理
/post26
/pnum,node,1
/number,0
eplot
nsol,2,204,temp,center！设定铸钢中心点温度随时间的变量
plvar,2！绘制温度～时间曲线
save
finish
菜单操作:
1.Utility Menu>File>Change Title, 输入Casting Solidification;
2.定义单元类型:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, Add, Quad 4node 55；
3.定义砂模热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic, 默认材料编号1, 在Density(DENS)框中输入0.054, 在Thermal conductivity (KXX)框中输入0.025, 在Specific heat(C)框中输入
0.28;
4.定义铸钢热性能温度表:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent->Temp Table, 输入T1=0,T2=2643, T3=2750, T4=2875;
5.定义铸钢热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent ->Prop Table, 选择Th Conductivity,选择KXX, 输入材料编号2,输入C1=1.44, C2=1.54, C3=1.22, C4=1.22,选择Apply, 选择Enthalpy,输入C1=0, C2=128.1, C3=163.8, C4=174.2;
6.创建关键点:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>Keypoints>In Active CS,输入关键点编号1,输入坐标0,0,0, 输入关键点编号2, 输入坐标22,0,0, 输入关键点编号3, 输入坐标10,12,0, 输入关键点编号4, 输入坐标0,12,0;
7.创建几何模型:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Arbitrary>Through KPs,顺序选取关键点1,2,3,4;
8.Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Rectangle>By Dimension,输入X1=4,X2=22,Y1=4,Y2=8;
9.进行布尔操作:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans->Overlap>Area,Pick all；
10.删除多余面:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Delete>Area and Below,3
11.保存数据库:在Ansys Toolbar中选取SAVE_DB;
12.定义单元大小:Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>-Global->Size, 在Element edge length框中输入1;
13.对砂模划分网格:Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择砂模;
14.对铸钢划分网格:Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define>Default Attribs, 在Material number菜单中选择2;
15.Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择铸钢;
16.定义分析类型:Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis, 选择Transient;
17.选择铸钢上的节点:Utility Menu>Select>Entities, 选择element,mat,输入2,选择Apply,选择node, attached to element,选择OK;
18.定义铸钢的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define, 选择Pick all,选择temp, 输入2875, OK;
19.选择砂模上的节点:Utility Menu>Select>Entities,Nodes, inverse
20.定义砂模的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define, 选择Pick all, 选择temp, 输入80, OK;
21.Utility Menu>Select>Everything；
22.Utility Menu>Plot>Lines；
23.定义对流边界条件:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Converction>On Lines,选择砂模的三个边界1,3,4, 在file coefficent框中输入80, 在Bulk temperature框中输入, 80;
24.设定瞬态分析时间选项:
Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time-Time Step, Time at end of load step3
Time Step size0.01
Stepped or ramped b.c.Stepped
Automatic time steppingon
Minimun time Step size0.001
Maximum time step size0.25
25.设置输出:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>DB/Results File, 在File write frequency框中选择Every substep;
26.求解:Main Menu>Solution>-Solve->Current LS；
27.进入后处理: Main Menu>Timehist Postproc；
28.定义铸钢中心节点的温度变量:Main Menu>Timehist Postproc>Define Variables, Add, Nodal DOF result,2,204；
29.绘制节点温度随时间变化曲线：Main Menu>Timehist Postproc>Graph Variable,2。