Ansys的热载荷及热单元类型
ANSYS热分析简介1
ANSYS热分析简介1⽬录1. ANSYS热分析简介1. ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡⽅程，⽤有限元的⽅法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。
2. ANSYS热分析包括热传导、热对流和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。
3. ANSYS中耦合场的分析种类有热-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。
4. 对于不同的零件，之间可以采⽤GLUE进⾏粘接，或者采⽤Overlap等⽅法，也可以建⽴接触。
1.1 传导传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或⼀个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。
对流：在物体和周围介质之间发⽣的热交换。
由温差存在⽽引起的热量交换，可以分为⾃然对流和强对流。
对流⼀般作为⾯边界条件施加。
热对流⽤⽜顿冷却⽅程来描述。
辐射：⼀个物体或者多个物体之间通过电磁波进⾏能量交换。
热辐射指物体发射电磁能，并被其他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传热介质，⽽热辐射⽆需任何介质，且在真空中的效率最⾼。
可以看出辐射分析是⾼度⾮线性的。
1.2 热载荷分类（1）DOF约束：温度（2）集中载荷：热流（3）⾯载荷：热流，对流（4）体载荷：体积或者区域载荷。
1.2.1 载荷施加序号APDL含义备注1TUNIF施加均匀初始温度2IC施加⾮均匀的初始温度1.3 热分析分类1.3.1 稳态热分析如果热能的流动不随时间变化的话，热传递就成为是稳态的。
由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。
稳态热平衡满⾜热⼒学第⼀定律。
通常在进⾏瞬态分析前，进⾏稳态分析⽤于确定初始温度分布。
对于稳态传热，⼀般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可是是随温度变化的。
1.3.2 瞬态热分析瞬态热分析⽤于计算⼀个系统的随时间变化的温度场及其他热参数。
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。
(仅供参考)ANSYS软件中常用的单元类型
ANSYS软件中常用的单元类型一、单元（1）link(杆)系列：link1(2D)和link8(3D)用来模拟珩架，注意一根杆划一个单元。
link10用来模拟拉索，注意要加初应变，一根索可多分单元。
link180是link10的加强版，一般用来模拟拉索。
（2）beam(梁)系列：beam3(2D)和beam4(3D)是经典欧拉梁单元，用来模拟框架中的梁柱，画弯据图用etab 读入smisc数据然后用plls命令。
注意：虽然一根梁只划一个单元在单元两端也能得到正确的弯矩图，但是要得到和结构力学书上的弯据图差不多的结果还需多分几段。
该单元需要手工在实常数中输入Iyy和Izz，注意方向。
beam44适合模拟薄壁的钢结构构件或者变截面的构件，可用"/eshape,1"显示单元形状。
beam188和beam189号称超级梁单元，基于铁木辛科梁理论，有诸多优点：考虑剪切变形的影响，截面可设置多种材料，可用"/eshape,1"显示形状，截面惯性矩不用自己计算而只需输入截面特征，可以考虑扭转效应，可以变截面（8.0以后），可以方便地把两个单元连接处变成铰接（8.0以后，用ENDRELEASE命令）。
缺点是：8.0版本之前beam188用的是一次形函数，其精度远低于beam4等单元，一根梁必须多分几个单元。
8.0之后可设置“KEYOPT(3)=2”变成二次形函数，解决了这个问题。
可见188单元已经很完善，建议使用。
beam189与beam188的区别是有3个结点，8.0版之前比beam188精度高，但因此建模较麻烦，8.0版之后已无优势。
(3)shell(板壳)系列shell41一般用来模拟膜。
shell63可针对一般的板壳，注意仅限弹性分析。
它的塑性版本是shell43。
加强版是shell181（注意18*系列单元都是ansys后开发的单元，考虑了以前单元的优点和缺陷，因而更完善），优点是：能实现shell41、shell63、shell43...的所有功能并比它们做的更好，偏置中点很方便（比如模拟梁板结构时常要把板中面望上偏置），可以分层，等等。
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。
(最新整理)ANSYS热分析详解
(完整)ANSYS热分析详解编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)ANSYS热分析详解）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第一章简介一、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。
二、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,其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。
•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。
三、ANSYS 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四、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－结构耦合等第二章 基础知识一、符号与单位 W/m 2—℃ 二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律,即能量守恒定律:● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=-式中： Q —— 热量；W -- 作功；∆U ——系统内能；∆KE ——系统动能;∆PE —-系统势能；●对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； ●通常考虑没有做功:0=W ， 则：U Q ∆=； ● 对于稳态热分析：0=∆=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量;●对于瞬态热分析：dt dU q =,即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。
Ansys的热载荷及热单元类型
Ansys的热载荷及热单元类型Ansys的热负荷和AnsysANSYS类型的六个热负荷提供了总共六个负荷，这些负荷可应用于实体模型或单元模型，包括温度、热通量、对流、热通量、生热率和热辐射率1.温度是第一种边界条件。
温度可应用于有限元模型的节点或实体模型的关键点、线段和表面。
2.热流率热流-一种节点集中载荷，仅适用于节点或关键点，主要用于线元模型注意:如果温度和热流同时作用于某个节点，ANSYS会读取温度值进行计算。
3.对流对流是一种用于计算流体和固体之间热交换的表面载荷它可以应用于有限元模型的节点和元素，也可以应用于实体模型的线段和曲面4.热通量热通量，也称为热通量，单位为W/m2热流密度是代表单位面积热流率的表面负荷。
当单位面积的热通量已知时，可以将热通量施加到模型的相应外表面如果输入值为正，则意味着热流流入装置；否则，这意味着热流流出装置。
它可以应用于有限元模型的节点和元素，也可以应用于实体模型的线段和曲面表示热流密度和对流可以施加在同一外表面上，但ANSYS将读取最后施加的表面载荷进行计算5.生热率如前所述，生热率可视为材料的基本属性，并可作为载荷应用于元件。
它可以应用于有限元模型的节点和元素，也可以应用于实体模型的关键点、线段、曲面和实体。
6.发射率也是一个表面载荷，通常应用于实体的外表面它可以应用于有限元模型的节点和元素，也可以应用于实体模型的线段和曲面Ansys热元素类型ANSYS 10.0热分析提供了总共40多种元素，包括辐射元素、对流元素、特殊元素和耦合场元素等其中，热分析常用的单元有16种:点质量71 LINK32线LINK33 LINK34面表面151表面152平面55平面77二维实体平面35平面75平面78固体87 873三维实体壳每个单元一次引入吗？质量71尺寸:2D 1D，3D节点数:1自由度:温度属性:质量单元几何SOLID70 SOLID90 SHELL57 1节点单元2D 2节点热传导单元3D 3节点热传导单元2节点热对流单元2节点热辐射单元2D 2节点3节点4节点4节点4节点5节点8节点9节点单元4节点四边形单元8节点四边形单元6节点三角形单元4节点轴对称单元8节点轴对称单元10节点四面体单元8-节点LINK31尺寸:2D和3D节点数:2自由度:温度属性:散热单元的几何图形？LINK32尺寸:2D节点数:2自由度:温度属性:导热单元的几何形状？LINK33尺寸:3D节点数:2个自由度:温度属性:导热单元的几何形状？LINK34尺寸:2D和3D节点数:2个自由度:温度属性:热对流单元的几何图形？表面151尺寸:2D节点数:2、3或4自由度:温度属性:表面元素几何①2节点元素②3节点元素③4节点元素？SURF152维度:2D节点:4、5、8或9自由度:温度属性:表面元素几何①4节点元素②5节点元素③8节点单元④9节点单元259平面35维:2D节点数:6个自由度:温度属性:平面三角形元素的几何图形？平面55尺寸:2D节点数:4自由度:温度属性:平面四边形单元的几何图形？平面75尺寸:2D节点数:4个自由度:温度属性:平面轴对称元素几何图形？平面77尺寸:2D节点数:8自由度:温度属性:平面四边形单元几何(提示:适合模拟表面边界)？平面78尺寸:2D节点数:8自由度:温度属性:平面轴对称元素几何图形？SOLID70尺寸:3D节点数量:8个自由度:温度属性:六面体元素几何图形？SOLID87尺寸:3D节点数:10自由度:温度属性:四面体单元几何(提示:适用于不规则形状的几何划分)？SOLID90尺寸:3D节点数:20自由度:温度属性:六面体单元几何图形(提示:适合模拟表面边界)？外壳57尺寸:3D节点数量:4个自由度:温度属性:外壳元素几何图形。
最新ANSYS热分析指南——ANSYS稳态热分析
A N S Y S热分析指南——A N S Y S稳态热分析ANSYS热分析指南(第三章)第三章稳态热分析3.1稳态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。
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。
也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。
稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括：对流辐射热流率热流密度（单位面积热流）热生成率（单位体积热流）固定温度的边界条件稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。
事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。
当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。
3.2热分析的单元ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。
有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。
单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。
其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。
这些热分析单元如下：表3-1二维实体单元表3-2三维实体单元表3-3辐射连接单元表3-4传导杆单元表3-5对流连接单元表3-6壳单元表3-7耦合场单元表3-8特殊单元3.3热分析的基本过程ANSYS热分析包含如下三个主要步骤：前处理：建模求解：施加荷载并求解后处理：查看结果以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。
首先，对每一步的任务进行总体的介绍，然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照GUI路径逐步完成一个稳态热分析。
Ansys热分析教程_第三章稳态热分析
质温度。该“附加”结点同样对结果评估带来方便。
前处理：建模
表面效应单元
表面效应单元 - 介绍
• 表面效应单元可以用来施加热生成载荷。 • 当对流换热系数随温度变化时，表面效应单元很方便; 基本选项的不同设置使得评
• 热流率
– 是集中结点载荷。正的热流率表示能量流入模型。热流率同样可以施 加在关键点上。这种载荷通常用于对流和热流不能施加的情况下。施
加该载荷到热传导率有很大差距的区域上时应注意。
热载荷和边界条件的类型
• 对流
– 施加在模型外表面上的面载荷，模拟平面和周围流体之间的热量交换。
• 热流
– 同样是面载荷。使用在通过面的热流率已知的情况下。正的热流值表示热流 输入模型。
前处理：建模
定义并查看材料特性
在ANSYS中定义材料特性的选项:
– 在材料特性对话框中输入需要的数值。 – 从ANSYS材料库或用户自定义材料库中读入材料特性。
在定义了材料特性以后，也可以将材料特性写到文件中以备后 用。
前处理：建模
定义并查看材料特性
要从材料库中读入材料特性，只要指定包含所需数据的文件路径 和文件名即可。
前处理：建模
定义并查看材料特性
稳态热分析中关于材料特性的总体说明
– 对于稳态分析，热材料特性必须输入热传导率“k”-KXX, 和可选的KYY, KZZ。
– 如果用户不定义，KYY和KZZ缺省等于KXX。 – 密度(DENS)和比热(C)或热焓(ENTH)在没有质量传递的稳态热分析中不
需要。 – 随温度变化的材料导热系数k, 使得热分析为非线性。 – 与温度有关的换热系数也被处理为材料特性。
ANSYS APDL热分析入门
APDL热分析关键知识及实例一.关键概念（1）λ：热导率，是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。
（2）E: 弹性模量，材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。
（3）Β：热胀系数，物体由于温度改变而有胀缩现象。
其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。
各物体的热膨胀系数不同，一般金属的热膨胀系数单位为1/度（摄氏）。
（4）μ：泊松比，指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。
（5）α：传热系数、膜系数，单位时间通过单位面积传递的热量。
（6）T u: 接触温度，材料与外界接触处温度。
（7）C: 热容，“当一系统由于加给一微小的热量δQ而温度升高dT时，δQ/dT 这个量即是该系统的热容。
”（8）q: 热通量，单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。
（9）ε：发射系数，原子谱线中发射谱线的辐射能量可用一个发射系数来表示，其含义为单位时间单位体积单位立体角内辐射的能量。
●传热三种基本方式：热传导、热对流及热辐射。
●热流率/热流量(Heat flow)表示单位时间内，通过传导，对流，辐射的方式穿过给定表面传输的热量，也称为热流量。
常表示为Φ，国际单位为瓦特(W)。
这是一种热学上荷载，即热量，相当于功率。
如果大于零，表示热量流入，物体获得热量，反之，热量外流。
●热流密度/热通量（Heat Flux）一般用q表示，定义为单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。
二．基本代号（热力学基本符号）●APDL关键缩略写K：关键点L：线E：单元DENS：密度MAT：材料ET：单元类型KXX：热导率EX：弹性模量HF:传热系数PRXY：泊松比ALPX：热胀系数REFT：参考温度GXY：剪切模量MU：摩擦系数REAL：实常数MP：材料类型PRIN：主应力SINT：应力强度SEQV：等效应力IC：初始条件三．主要知识1.常用分析单元：MASS71:Thermal MassLINK31:Radiation LinkLINK33: convection LinkLINK34:conduction LinkPLANE35:Thermal SolidPLANE55:Thermal SolidSHELL131:Themal ShellPLANE223:Coupled_filed Solid2.热分析的类型ANSYS支持两种类型的热分析：(1)稳态热分析确定在稳态的条件下的温度分布及其他热特性，稳态条件指热量随时间的变化可以忽略。
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Ansys的热载荷及热单元类型
Ansys的6种热载荷
ANSYS共提供了6种载荷，可以施加在实体模型或单元模型上，包括：温度、热流率、对流、热流密度、生热率和热辐射率。
1. 温度
作为第一类边界条件，温度可以施加在有限元模型的节点上，也可以施加在实体模型的关键点、线段及面上。
2. 热流率
热流率（Heal Flow)—种节点集中载荷，只能施加在节点或关键点上，主要用于线单元模型。
提示：如果温度与热流率同时施加在某一节点上，則ANSYS读取温度值进行计算。
3.对流
对流（Convection)是一种面载荷，用于计算流体与实体的热交换。
它可以施加在有限元模型的节点及单元上，也可以施加在实体模型的线段和面上。
4.热流密度
热流密度，又称热通量（Heat Flux)，单位为W/m2。
热流密度是一种面载荷，表示通过单位面积的热流率。
当通过单位面积的热流率己知时，可在模型相应的外表面施加热流密度。
若输入值为正，则表示热流流入单元：反之，则表示热流流出单元。
它可以施加在有限元模型的节点及单元上，也可以施加在实体模型的线段和面上。
提示：热流密度与对流可以施加在同一外表面，但ANSYS将读取最后施加的面载荷进行计算。
5. 生热率
如前所述，生热率既可看成是材料的一种基本属性，又可作为载荷施加在单元上，它可以施加在有限元模型的节点及单元上，也可以施加在实体模型的关键点、线段、面及体上。
6. 热辐射率
热辐射率也是一种面载荷，通常施加于实体的外表面。
它可以施加在有限元模型的节点及单元上，也可以施加在实体模型的线段和面上。
Ansys的热单元类型
ANSYS 10.0热分析共提供了 40余种单元，其中包括辐射单元、对流单元、特殊单元以及前面所介绍的耦合场中-元等。
其中常见的用于热分析的单元有16种：
下面一次对各单元进行介绍●MASS71
维度：1D、2D、3D
节点数：1
自由度：温度
性质：质量单元
几何形状
●LINK31
维度：2D、3D
节点数：2
自由度：温度
性质：热辐射单元
几何形状
●LINK32
维度：2D
节点数：2
自由度：温度
性质：热传导单元几何形状
●LINK33
维度：3D
节点数：2
自由度：温度
性质：热传导单元几何形状
●LINK34
维度：2D、3D
节点数：2
自由度：温度
性质：热对流单元几何形状
●SURF151
维度：2D
节点数：2、3或4
自由度：温度
性质：表面单元
几何形状
①2节点单元
②3节点单元
③4节点单元
●SURF152
维度：2D
节点数：4、5、8或9 自由度：温度
性质：表面单元
几何形状
①4节点单元
②5节点单元
③8节点单元
④9节点单元
PLANE35
维度：2D
节点数：6
自由度：温度
性质：平面三角形单元几何形状
●PLANE55
维度：2D
节点数：4
自由度：温度
性质：平面四边形单元
几何形状
●PLANE75
维度：2D
节点数：4
自由度：温度
性质：平面轴对称单元
几何形状
●PLANE77
维度：2D
节点数：8
自由度：温度
性质：平面四边形单元
几何形状
（提示：适合于模拟曲面边界）
●PLANE78
维度：2D
节点数：8
自由度：温度
性质：平面轴对称单元
几何形状
●SOLID70
维度：3D
节点数：8
自由度：温度
性质：六面体单元
几何形状
●SOLID87
维度：3D
节点数：10
自由度：温度
性质：四面体单元
几何形状
（提示：适合不规则形状的几何划分）
●SOLID90
维度：3D
节点数：20
自由度：温度
性质：六面体单元
几何形状
（提示：适合于模拟曲面边界）
●SHELL57
维度：3D
节点数：4
自由度：温度
性质：壳单元
几何形状。