workbench 热分析案例
基于ANSYSWORKBENCH的通电导线的热分析
基于ANSYSWORKBENCH的通电导线的热分析本篇文章是关于ANSYS WORKBENCH的耦合场分析的一个例子。
一根导线在通稳恒电流后会发热，这属于电-热耦合分析，例子本身很简单，只是说明WORKBENCH自带的耦合分析系统的使用。
【问题描述】一根裸露导线，电阻为R，通过电流为I，需要计算电线中心温度和表面温度。
已知导线的长度为0.1米，截面半径为0.005米，导线的热传导率是60.5瓦每米摄氏度，电阻率是1.7e-1欧姆米，电流大小是20安培，环境温度是20摄氏度，导线裸露表面与空气的对流换热系数是5瓦特每平方米摄氏度。
X（注：该题来自于《ANSYS 13.0 WORKBENCH数值模拟技术》，许京荆编著）【问题分析】ANSYS WORKBENCH中自带热电分析系统，可以直接进行热电耦合分析。
使用过程与一般分析相同。
【求解过程】1.打开ANSYS WORKBENCH14.52.创建热-电分析系统。
3.创建材料模型。
双击engineering data进入到工程数据中。
系统默认的钢材的热传导率和电阻率与已知条件相同，不需要修改。
退回到WB界面。
4.创建几何模型。
双击geometry进入到DM中，选择长度单位是毫米。
其尺寸如下图退出DM.5.划分网格。
6.设置边界条件。
设置一个端面电压为零。
设置另外一个端面的电流为20安。
对外圆柱面设置对流边界条件。
7.求解。
8.后处理。
温度云图。
整个导体温度均匀。
电压云图。
焦耳热云图。
workbench 热分析案例
2021/10/10
物理模型简化：
混凝墙壁上附热源，热 源为一侧等壁温，其余 壁面为绝热壁面。热源 附在墙面中间并与墙面 垂直。在ansys21/10/10
划分网 格
网格剖分： 采用ansys的mesh块对导入 的几何体进行网格划分，网 格为四面体网格，网格最大 边长为5mm。
6
结 果及分析
热通量矢量图：
通过观察热通量矢量图可 以发现热量的传递方向及 密度分布情况。
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结 果及分析
一维导热区域分布： 在该模型中一维导热区域 （xz平面）如图所示。在 该稳态导热过程中y方向所 有截面热流密度均相同。
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定 义 边 界条件
墙壁外表面：
采用convection边界条件， 设定外界空气温度10℃， 换热系数为0.36W/㎡·k。
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3
定义边界条件
墙壁内表面：
裸露于空气的表面采用 convection边界条件，拟 定外界空气温度20℃， 换热系数为0.36W/㎡·k， 与热源接触表面采用耦合 边界条件。
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定 义边界条件
热源：
与墙体平行的壁面采用 temperature边界条件，定 义其温度为50℃，其余壁 面均为绝热边界条件。
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结 果及分析
温度场云图：
通过显示计算得出的温度 场可以看出该模型的最小 温度值出现在墙体外表面 顶部与底部，在该模型中 温度场关于yz平面对称。
ANSYS之杯具热分析
第N章水杯热分析案例这个案例是使用ANSYS WORKBENCH 热分析模块功能进行演示。
通过对杯子模型加载温度荷载来分析出其温度分布状况。
1.5.1案例介绍此案了使用一个铜合金材料的水杯模型，在内表面施加100℃的温度载荷在外表面施加对流传热系数来模拟一下当水杯装满热水时候的温度以及热流分布状况以演示AMSYS WORKBENCH 热分析模块的基本操作过程。
1.5.2启动Workbench并建立分析项目(1) 首先打开ANSYS WORKBENCH 14.0。
双击Toolbox（工具箱）→Analysis System （分析系统）→Steady-State Therma（热分析模块）打开，如图-1所示。
图-1 打开热分析模块图-2 选择材料1.5.3定义材料参数（1）双击打开A2项目（Engineering Data）。
（2）打开后在菜单栏中点击图标。
然后在Engineering Data Sources项目中单击A3项General Materials（一般材料）→单击Outline of General Materials中的A7项Copper Alloy（铜合金）中的B7项的图标来选择上此材料。
（3）材料选择完成后单击（回到项目管理区）图标。
1.5.4导入模型（1）双击项目A3项Geometry（模型）进入DM模块来导入我们需要分析的模型。
如图-3所示。
图-3 打开DM模块图-5 导入模型（2）单击File（文件）→Import External Geometry File（导入模型文件）。
如图-5所示。
（3）找到模型文件单击选择后单击“打开”按钮。
如图-6所示。
图-6 打开模型图-7 划分网格1.5.5划分网格（1）双击项目文件A4项Model（网格）。
如图-7所示。
打开的模型如图-8所示。
图-8 杯子的模型图-9 刷新网格（2）我们先使用程序自动划分网格，通过查看网格质量再决定是否进行网格控制。
Workbench热分析实例之一.
Inventory #00557 WS9-4
飞轮铸造分析-控制
• 激活时间积分。使用向后欧拉时间积分。 • 激活线性搜索收敛增强工具。 • 热导率表现了沙与铝的接触。 • 将进行两个分析
–Case 1: 观察1分钟内的凝固。 –Case 2: 运行第二个工况，持续30秒。
• 激活自动时间步
–初始和最小时间步长为0.001 sec –Case 1: 最大时间步长2.0 sec –Case 2: 最大时间步长5.0 sec
•铝 注意，密度和比热将被删除，因为可以替代的计算热焓。
温度相关的热导率
Temperature (°C) 100 200 300 400 530 800
KXX (W/m-°C) 206 215 228 249 268 290
July 14, 2008 © 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.
Workbench-Simulation Heat Transfer 11.0
Workshop 9 – 飞轮铸造(相变分析)
July 14, 2008 © 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.
Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002557 WS9-1
案例 – 飞轮铸造分析
• 为了讲述在课程中论述的相变技术，将进行 一个飞轮铸造分析:
• 问题描述:
– 对一个铝制飞轮铸造进行相变分析。飞 轮是将溶解的铝注入沙模中制造的。
• 分析目标:
– 研究飞轮凝固过程。
Workshop Supplement
workbench 热分析案例
精品课件
2
界条件
定义边
墙壁外表面：
采用convection边界条件， 设定外界空气温度10℃， 换热系数为0.36W/㎡· k。
精品课件
3
条件
定义边界
墙壁内表面：
裸露于空气的表面采用 convection边界条件，拟 定外界空气温度20℃，换 热系数为0.36W/㎡· k， 与热源接触表面采用耦合 边界条件。
物理模型
ห้องสมุดไป่ตู้
物理模型简化：
混凝墙壁上附热源，热 源为一侧等壁温，其余 壁面为绝热壁面。热源 附在墙面中间并与墙面 垂直。在ansys的 DesignModeler中进行 建模。
精品课件
1
网
格
划
分
网格剖分：
采用ansys的mesh块对导入 的几何体进行网格划分，网 格为四面体网格，网格最大 边长为5mm。
及分析
结果
热通量矢量图：
通过观察热通量矢量图可 以发现热量的传递方向及 密度分布情况。
精品课件
7
及分析
结果
一维导热区域分布：
在该模型中一维导热区域 （xz平面）如图所示。在 该稳态导热过程中y方向所 有截面热流密度均相同。
精品课件
8
精品课件
4
界条件
定 义边
热源：
与墙体平行的壁面采用 temperature边界条件，定 义其温度为50℃，其余壁 面均为绝热边界条件。
精品课件
5
及分析
结果
温度场云图：
通过显示计算得出的温度 场可以看出该模型的最小 温度值出现在墙体外表面 顶部与底部，在该模型中 温度场关于yz平面对称。
精品课件
6
ANSYSWorkbenchFluent流固耦合传热及热结构分析学习教案
会计学
1
第一页，共7页。
以前本人发了一个贴子，关于Fluent 计算的 温度如 何传递 到结构 网格上 ，该方 法已经 过时， 由于AN SYS Workbench功能的日益强大，建议 使用更 好、更 简便的 方法。 案例(àn lì)如下: 1 打开Workbench，tool box/component systems里选mesh,空白区出现如下图，然后双击Geometry，导入几何模型，这是一个外部固体包裹内部管流的简单(jiǎndān)模型，仅用于演示步骤。任选一个Part， 在Details of Body里有个选项Fluid/Solid，需要分别定义好流体和固体
第5页/共7页ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第六页，共7页。
6 添加约束，计算。 这仅是个简单演示，具体(jùtǐ)问题还 要涉及 到定义 材料塑 性应力 应变数 据，分 析的非 线性设 置，接 触的设 置等等 。
第6页/共7页
第七页，共7页。
Named selections命令分别创建 Inlet, outlet和wallout. Wallout用来定
义固体外表面与环境的对流换热边界条件
第2页/共7页
第三页，共7页。
3 关闭Meshing 窗口返回到project schematic界面，右击Mesh→Transfer Data To New → Fluent, 将建立Fluent的分析项目。 此时Mesh后面变为闪电(shǎndiàn)符号，需右击它再点菜单中update
双击Setup，打开Fluent窗口，设置材 料(cáili ào)、流 相固相 、激活 能量方 程、湍 流模型 、边界 条件等 。进口 流速1m/s, 600K, 出口0pa,wallout定义对流换热系 数5， 环境温 度300K。
workbench有趣案列
workbench有趣案列
ANSYS Workbench 是一个强大的工程仿真软件平台，可以用于处理各种复杂的系统和组件。
下面是一些有趣的ANSYS Workbench 案例：
1.风力发电机设计：在Workbench中，可以使用CFD （Computational Fluid Dynamics）工具对风力发电机进行流场分析，优化设计，使其在风力利用效率方面达到最优。
2.汽车碰撞测试：利用Workbench的结构分析模块，可以对汽车进行碰撞测试分析，评估其结构强度和安全性。
3.机器人手臂优化：通过Workbench的优化设计模块，可以针对机器人手臂的各项性能指标进行优化，提高其运动性能和效率。
4.电子设备散热设计：使用Workbench的热分析工具，可以帮助设计者对电子设备的散热性能进行模拟和优化，确保设备在高负荷情况下仍能保持良好的散热效果。
5.航空发动机性能预测：通过Workbench的流体动力学分析工具，可以模拟航空发动机的工作过程，预测其性能表现，为发动机的设计和优化提供依据。
这些案例只是展示了Workbench的部分功能和应用场景，Workbench平台还具有更多高级功能和复杂的工程应用可能性。
基于Workbench的行星齿轮组热-结构耦合分析
齿 轮胶合或 点蚀失效 。查阅当前文献 发现 国内外 的学者对
热分析方法、温度场在啮合齿轮 内部 的分布 以及对流换
热 、热 传导等 热边 界条件 的确 定都进行 了研 究 。热对 齿轮传 动过程 中的应 力有很大影 响，但现有研 究大多将应 力 和温度 单 独 进行研 究 ，研 究 结果 实 际并不 能 很好 地模
０ 引言
行星 齿轮 组 是汽 车减 速箱 关 键零 部件 之 一 ，其传 动
场 常用 的 两种 方法 是 直接 耦合 和顺 序 耦合 ，直接 耦 合是
直 接 用 热一 应 力 耦 合单 元 ，得 到 热 分析 和 结 构 应 力分 析
性 能直接 影 响着 汽车 减速 箱 的工 作性 能 ， 由于汽 车行 驶 过 程 中调 速频 繁 ，齿 轮 收到 的扭 矩强 度大 ，因而 行星 齿 轮 组 传动 故 障也 是汽 车 多发 故障 之一 。现 有研 究 多集 中
件 研究 提供 理论 依据 和更 加准 确 的研 究方 法 。
齿面 的粗 糙度 、润滑 油的动力粘度 ，齿轮的表面温Βιβλιοθήκη 等影 １ 热力耦合方法
结构 在承 受变 化 的温 度载 荷 时 ， 由于 部 分约 束而 使 变 形 受到 限制 ，就会 在 内部产 生 热应 力 。热 应力 实 际上 是 热 和 应 力 两个 物 理 场 的耦 合 ， 目前 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 研 究 耦 合
基于Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 的行 星齿轮组热一 结构耦合分析
ｃｏ ｕｐｌ ｉ ｎ ｇ ａｎ ａｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｐ ｌ ａｎ ｅｔ ａｒ ｙ ｇ ｅａｒ ｓ ｅｔ ｂ ａｓ ｅｄ ｏｎ ＡＮ ＳＹＳ Ｗ ｏｒ ｋｂ ｅｎｃ ｈ
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定
义 边 界 条 件
热源： 与墙体平行的壁面采用 temperature边界条件，定 义其温度为50℃，其余壁 面均为绝热边界条件。
5
结
果
及
分
析
温度场云图： 通过显示计算得出的温度 场可以看出该模型的最小 温度值出现在墙体外表面 顶部与底部，在该模型中 温度场关于yz平面对称。
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结
果
及
分
析
热通量矢量图：
物
理
模
型
物理模型简化：
混凝墙壁上附热源，热 源为一侧等壁温，其余 壁面为绝热壁面。热源 附在墙面中间并与墙面 垂直。在ansys的 DesignModeler中进行建 模。
1
பைடு நூலகம்
划
分
网
格
网格剖分：
采用ansys的mesh块对导入 的几何体进行网格划分，网 格为四面体网格，网格最大 边长为5mm。
2
定
通过观察热通量矢量图可 以发现热量的传递方向及 密度分布情况。
7
结
果
及
分
析
一维导热区域分布：
在该模型中一维导热区域 （xz平面）如图所示。在 该稳态导热过程中y方向所 有截面热流密度均相同。
8
义
边
界 条 件
墙壁外表面： 采用convection边界条件， 设定外界空气温度10℃， 换热系数为0.36W/㎡·k。
3
定 义 边 界 条 件
墙壁内表面：
裸露于空气的表面采用 convection边界条件，拟 定外界空气温度20℃， 换热系数为0.36W/㎡·k， 与热源接触表面采用耦合 边界条件。