ansys热分析基础教程
《热分析ansys教程》课件
05
热分析优化设计
优化设计的基本概念
01
优化设计是一种通过数学模型和计算机技术，寻找满足特定条 件下的最优设计方案的方法。
02
优化设计的基本概念包括目标函数、设计变量、约束条件和求
解算法等。
热分析优化设计是针对热学问题，通过优化设计来提高产品的
03
热性能和降低能耗。
ANSYS优化设计的步骤
定义设计变量
网格质量检查
对生成的网格进行检查， 确保网格质量良好，没有 出现奇异点或扭曲。
边界条件的设置
确定边界条件
根据分析对象的实际情况，确定合适的边界条件，如温度、热流 率等。
设置边界条件
在ANSYS软件中，将确定的边界条件应用到几何模型上。
验证边界条件
对设置的边界条件进行验证，确保其合理性和准确性。
04
傅里叶定律
热量传递与温度梯度成正比，即热流密度与温度梯度 成正比。
牛顿冷却定律
物体表面与周围介质之间的温差与热流密度成正比。
热力学第一定律
能量守恒定律，表示系统能量的增加等于传入系统的 热量与系统对外界所做的功之和。
热分析的三种基本类型
稳态热分析
系统达到热平衡状态时的温度分布。
瞬态热分析
系统随时间变化的温度分布。
网格划分问题
网格划分不均匀
在某些区域，网格可能过于密集，而 在其他区域则可能过于稀疏，这可能 导致求解精度下降或求解失败。
网格自适应调整问题
在某些情况下，ANSYS可能无法正确 地自适应调整网格，导致求解结果不 准确。
网格划分问题
手动调整网格
手动调整网格密度，确保在关键区域有足够的网格密度。
使用更高级的网格划分工具
热分析(ansys教程)
1. 对流边界条件：需要提供对流 系数、流体温度和表面传热系数 等信息。
3. 初始条件：确保初始温度等初 始条件设置合理，不会导致求解 过程不稳定。
求解收敛问题
•·
1. 迭代方法：选择合适的迭代方 法，如共轭梯度法、牛顿-拉夫森 法等。
2. 松弛因子调整：根据求解过程， 适时调整松弛因子，以提高求解 收敛速度。
稳态热分析的步骤
建立模型
使用ANSYS的几何建模工具创建分析对象 的几何模型。
后处理
使用ANSYS的后处理功能，查看和分析结 果，如温度云图、等温线等。
网格化
对模型进行网格化，以便进行数值计算。 ANSYS提供了多种网格化工具和选项，可 以根据需要进行选择。
求解
运行求解器以获得温度分布和其他热分析 结果。
电子设备散热分析
研究电子设备在工作状态下的散热性能，提高设备可靠性和 使用寿命。
06 热分析的常见问题与解决 方案
网格划分问题
网格划分是热分析中重要 的一步，如果处理不当， 可能导致求解精度和稳定 性问题。
•·
1. 网格无关性：确保随着 网格数量的增加，解的收 敛性得到改善，且解不再 发生大的变化。
03 稳态热分析
稳态热分析的基本原理
01
稳态热分析是用于确定物体在稳定热载荷作用下的温度分布。在稳态条件下， 物体的温度场不随时间变化，热平衡状态被建立，流入和流出物体的热量相等 。
02
稳态热分析基于能量守恒原理，即流入物体的热量等于流出物体的热量加上物 体内部热量的变化。
03
稳态热分析通常用于研究物体的长期热行为，例如散热器的性能、电子设备的 热设计等。
热分析的基本原理基于能量守恒定律，即物体内部的能量变化应满足能量守恒关系。
ANSYS热分析分析指南
ANSYS热分析指南第一章 简介 (2)第二章 基础知识 (4)第三章 稳态热分析 (8)第四章 瞬态热分析 (43)第五章 表面效应单元 (66)第六章 热辐射分析 (90)第七章 热应力分析 (120)第一章 简介1.1 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，我们一般关心的参数有：温度的分布热量的增加或损失热梯度热流密度热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等等。
通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。
1.2 ANSYS中的热分析ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、ANSYS/FLOTRAN四种产品中支持热分析功能。
ANSYS热分析基于由能量守恒原理导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYS Theory Reference》。
ANSYS使用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。
ANSYS可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。
1.2.1 对流热对流在ANSYS中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。
首先需要输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS将计算出通过表面的热流量。
如果对流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系数。
1.2.2 辐射ANSYS提供了四种方法来解决非线性的辐射问题：辐射杆单元（LINK31）使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或SURF152-3D）在AUX12中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析使用Radiosity求解器方法有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。
1.2.3 特殊的问题除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS热分析还可以解决一些诸如：相变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。
《热分析ansys教程》课件
汽车发动机热分析
总结词
汽车发动机热分析用于研究发动机工作过程中的热量传递和热应力分布，以提高发动机 效率和可靠性。
详细描述
发动机是汽车的核心部件，其工作过程中会产生大量的热量。通过热分析，工程师可以 了解发动机内部的温度分布和热应力状况，优化发动机设计，提高其燃油效率和耐久性
。
建筑物的温度分布分析
热分析的基本原理
热分析是研究温度场分布、变化 和传递规律的科学，其基本原理 包括能量守恒、热传导、对流和 辐射等。
热分析的应用领域
热分析广泛应用于能源、动力、 化工、机械、电子等众多领域， 涉及传热、燃烧、材料热物性、 电子器件散热等方面。
热分析的常用软件
ANSYS是国际上最流行的热分析 软件之一，具有强大的建模、网 格划分、加载、求解和后处理功 能，广泛应用于工程实际和科学 研究。
模拟系统在稳定状态下温度分布和热流密 度的计算方法
总结词
适用于研究系统在稳定状态下的热性能和 热量传递机制。
详细描述
稳态热分析用于计算系统在稳定状态下温 度分布和热流密度，不考虑时间因素，只 考虑热平衡状态。
详细描述
在稳态热分析中，系统的温度分布和热流 密度不随时间变化，因此可以忽略时间积 分效应，简化计算过程。
施加边界条件和载荷
根据实际情况，为模型的边界施加固 定温度、热流等边界条件，以及热载 荷。
求解和结果查看
选择求解器
根据模型的大小和复杂程度，选择合适的求解器进行求解。
结果后处理与查看
查看温度分布、热流分布等结果，并进行必要的后处理，如云图显示、数据导 出等。
03
热分析的常用方法
稳态热分析
总结词
COMSOL Multiphysics
Ansys热分析教程(全)
章节内容概述
• 第7章-续 – 例题 6 - 低压气轮机箱的热分析
• 第 8 章 - 辐射 – 辐射概念的回顾 – 基本定义 – 辐射建模的可选择方法 – 辐射矩阵模块 – 辐射分析例题 - 使用辐射矩阵模块进行热沉分析，隐式和非隐式方 法。
• 第 9 章 - 相变 – 基本模型/术语 – 在 ANSYS中求解相变 – 相变例题 - 飞轮铸造分析
传导
• 传导的热流由传导的傅立叶定律决定：
q*
=
− Knn
∂T ∂n
=
heat
flow
rate
per
unit
area
in
direction
n
Where, Knn = thermal conductivity in direction n
T = temperature
∂T = thermal gradient in direction n ∂n
• 负号表示热沿梯度的反向流动(i.e., 热从热的部分流向冷的).
q*
T
dT
dn
n
对流
• 对流的热流由冷却的牛顿准则得出:
q* = hf (TS − TB ) = heat flow rate per unit area between surface and fluid
Where, hf = convective film coefficient TS = surface temperature TB = bulk fluid temperature
• 第 6 章 - 复杂的, 时间和空间变化的边界条件 – 表格化的热边界条件 (载荷) – 基本变量 – 用户定义的因变变量
章节内容概述
ansys workbench热分析教程
６-1Ａ、几何模型B、组件－实体接触C、热载荷D、求解选项E、结果与后处理F、作业6、1•本节描述得应用一般都能在AＮSＹS DesiｇnSｐace Ｅntra或更高版本中使用，除了AＮSYS Structural•提示:在ＡNSYS热分析得培训中包含了包括热瞬态分析得高级分析K T ﻮ)]{T }=Q T )}– 在稳态分析中不考虑瞬态影响– [Ｋ] 可以就是一个常量或就是温度得函数– {Q}可以就是一个常量或就是温度得函数• 固体内部得热流（Ｆouriｅr’s Lａw）就是[K]得基础;•热通量、热流率、以及对流在｛Q} 为边界条件；•对流被处理成边界条件,虽然对流换热系数可能与温度相关•在模拟时,记住这些假设对热分析就是很重要得。
–体、面、线•线实体得截面与轴向在DeｓignModeleｒ中定义•热分析里不可以使用点质量（Pｏiｎt Maｓs)得特性•壳体与线体假设:–壳体:没有厚度方向上得温度梯度–线体:没有厚度变化,假设在截面上就是一个常量温度• 但在线实体得轴向仍有温度变化• 唯一需要得材料特性就是导热性（Thermal Ｃonduc ｔivit ｙ） • Ｔherm ａl Condu ｃti ｖity 在 Ｅngineeri ｎgData 中输 入• 温度相关得导热性以表格 形式输入若存在任何得温度相关得材料特性,就将导致非线性求解。
… 材料特性 Training Manual• 对于结构分析,接触域就是自动生成得,用于激活各部件间得热传导 B 、 组件-实体接触 Training Manual–如果部件间初始就没有接触,那么就不会发生热传导(见下面对pinbaｌl得解释)。
–总结：–Pinbａlｌ区域决定了什么时候发生接触,并且就是自动定义得，同时还给了一个相对较小得值来适应模型里得小间距。
• 如果接触就是Bonded (绑定得)或no sepa ｒａtion (无分离得),那么当面出现在 pinball ｒaｄi ｕs 内时就会发生热传导(绿色实线 表示)。
ANSYS Workbench 热分析教程
传热学上机实验指导书ANSYS Workbench 热分析基础教程编制：杨润泽汽车工程系热能教研室2012年7月1.大平板一维稳态导热问题1.1. 问题描述长500mm，宽300mm，厚度30mm的大钢板，钢板上下表面的温度分别为200℃和60℃，钢的导热率为30W/(m·K)，试分析钢板温度分布和热流密度。
图1-1 大平板一维稳态导热模型1.2. 问题分析该问题为稳态导热问题，分析思路如下：1.选择稳态热分析系统。
2.确定材料参数：稳态导热问题，仅输入平板导热率。
3.【DesignModeler】建立钢板的几何模型。
4.进入【Mechanical】分析程序。
5.网格划分：采用系统默认网格。
6.施加边界条件：钢板上下表面施加温度载荷，四周对称面无热量交换，为绝热边界，系统默认无需输入。
7.设置需要的结果：温度分布和热流密度。
8.求解及结果显示。
1.3. 数值模拟过程1、选择稳态热分析系统1)工程图解中调入稳态热分析系统Steady-State Thermal（ANSYS）2)工程命名Conduction Thermal Analysis3)保存工程名为Conduction Heat Transfer2、确定材料参数1)编辑工程数据模型，添加材料的导热率，右击鼠标选择【Engineering Data】【Edit】2)选择钢材料属性【Properties of Outline Row 3: Structure Steel】【Isotropic ThermalConductivity】3)出现【Table of Properties Row 2: Thermal Conductivity】材料属性表，双击鼠标，点击每个区域输入材料属性参数：温度20℃，导热率30W/(m·℃)。
4)参数输完后，工程数据表显示导热率-温度图表。
3、DM建立模型1)选择【Geometry】【New Geometry】，出现【DesignModeler】程序窗口，选择尺寸单位【Millimeter】。
热分析(ansys教程)
2-D Solid
PLANE55 PLANE77 PLANE35
3-D Solid
SOLID70 SOLID90 SOLID87
3-D Shell
SHELL57
Line Elements LINK31,32,33,34
19.11.3.2 划分网格(续)
材料属性
必须输入导热系数, KXX 如果施加了内部热生成率，则需指定比热 (C) ANSYS提供的材料库 (/ansys57/matlib)包括几种
Convection
19.11.4 施加载荷计算(续)
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FLOTRAN CFD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。 Command Family: F GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Thermal-Heat Flux
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: TIME GUI: Main Menu>Solution >-Load Step OptsTime/Frequenc> Time-Time Step/ Time and Substps
Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-
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14
ANSYS Element Reference Guide
ANSYS
ANSYS
1 jobname PREP7
————————————————————————————————————————————— —
title
unit
No Boun daries
AN SY S
ANSYS Modeling and Meshing Guide 2
No Boun daries
AN SY S
C T
K T
Q
:
K C
T
,
;
T Q
;
K(T),C(T) h(T)
CT
T
K T
T
QT
ANSYS
SOLID
SHELL
————————————————————————————————————————————— —
No Boun daries
AN SY S
40 LINK32 LINK33 LINK34 LINK31 PLANE55 PLANE77 PLANE35 PLANE75 PLANE78 SOLID87 SOLID70 SOLID90 SHELL57 MASS71
(stepped) (ramped)
Command: KBC GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps
b. 25
Command: NEQIT GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Eqቤተ መጻሕፍቲ ባይዱilibrium Iter
a.
Newton-Raphson
Command: NROPT GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options
b.
Frontal solver( Jacobi Conjugate Gradient(JCG) solver JCG out-of-memory solver Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG) Iterative(automatic solver selection option)
1
q
k
dT dx
q
2
W/m2
k
W/m-
“-
q
h(TS
TS
TB )
h
TB
3
q
1
A1 F12 (T14
2
T24 )
q
5.67 × 10 -8 W/m2 .K4 A1 1
F12
2
T1
1
T2
q +q
-q =0
K T Q
K
T
Q
ANSYS
K
T
Q
————————————————————————————————————————————— —
Command: SET GUI: Main Menu>General Postproc>-Read Results-By Load Step
Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB GUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu, Element Solu, Elem Table
c.
AN SY S
273 460
Command: TOFFST GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options
:
Command: SOLVE
ANSYS
SAVE_DB
GUI: Main Menu>Solution>Current LS
ANSYS
*.rth
POST1 ANSYS Basic Analysis Procedures Guide POST1
c.
*.out
Command: OUTPR GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout
*.rth
Command: OUTRES GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File
No Boun daries
AN SY S
Command: CNVTOL GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Convergence Crit
ANSYS
Command: NCNV GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Criteria to Stop
ANSYS
Command: LNSRCH
Newton-Raphson
GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Line Search
Command: PRED GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Predictor
KXX HF DENS C ENTH
:
Q W
: Q —— W —— ; ;
U
KE
PE
U —— KE ——
PE ——
;
KE W 0,
PE
0
Q 0
U
Q
q
U
dU dt
q
————————————————————————————————————————————— —
No Boun daries
AN SY S
ANSYS Basic Analysis Procedures Guide
————————————————————————————————————————————— —
No Boun daries
AN SY S
1
30 2 0.75 1 0.25 200 8.27
feet inch inch inch inch feet BTU/hr.ft. o F
Command: PLVECT GUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Pre-defined or Userdefined
Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solu, Element Solu, Reaction Solu
:
Command: AUTOTS GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps ————————————————————————————————————————————— —
c LINK34
Command Family: SF GUI Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection
d
————————————————————————————————————————————— —
No Boun daries
AN SY S
No Boun daries
AN SY S
……………………………………………………………………… .1 ………………………………………………………… 1 ANSYS ANSYS ……………………………………………………… 1 …………………………………………………… 1 …………………………………………………………… .1 ………………………………………………………………… 2 ………………………………………………………… .2 ……………………………………………… 2 ……………………………………………………… 3 …………………………………………………………… 3 …………………………………………………………… 4 ……………………………………………………… 4 ………………………………………………… 4 …………………………………………………… 4 …………………………………………………………… 5 …………………………………………………… 5 ……………………………………………………… 5 ANSYS …………………………………… 5 1 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … …… … … … 9 2 … … … …… … … …… … …… … …… … … …… …………………… 12 ………………………………………………………… 20 ……………………………………………… 20 ………………………………………… 20 ANSYS …………………………………… 20 …………………………………………………………… 21 ……………………………………………………………… 23 ………………………………………………………… ..23 1…………………………………………………………………… 24 2…………………………………………………………………… .25