传热问题有限元分析

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有限元分析及应用难不难

有限元分析及应用难不难有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程分析方法，通过将连续结构分割成有限数量的小元素，通过对这些元素进行数值计算，来近似求解结构的力学性能。

在工程领域中，有限元分析被广泛应用于计算机辅助设计（CAD）、结构力学分析、流体力学分析等方面。

有限元分析的应用非常广泛，其中包括结构强度分析、热传导分析、流体力学分析、电磁场分析等。

在结构强度分析中，有限元分析可以帮助确定结构的受力状况，检验结构的强度和刚度是否满足设计要求，为工程设计提供依据。

在热传导分析中，有限元分析可以用于计算传热问题，例如确定工件的温度分布和热流量。

在流体力学分析中，有限元分析可以模拟流体的流动行为，例如计算液体或气体的速度、压力和流量。

在电磁场分析中，有限元分析可以计算电场、磁场和电磁波等现象。

尽管有限元分析在工程领域中有着广泛的应用，但也存在一定的难度。

首先，有限元分析需要进行大量的计算，因此对于计算机硬件的要求较高，需要有一定的计算资源才能够进行较为复杂的分析。

其次，有限元分析需要进行一系列的前期准备工作，包括建立模型、进行网格划分、确定边界条件等。

这些准备工作需要较为熟练的技能和经验，对于初学者来说可能会有一定的学习曲线。

此外，有限元分析的结果对于模型的准确性和边界条件的合理性有较高的要求，需要进行验证和校正，否则可能会导致分析结果的误差。

尽管有限元分析存在一定的难度，但它也有很多优势。

首先，有限元分析可以对复杂的工程结构进行分析，可以解决一些传统方法难以或无法解决的问题。

其次，有限元分析可以进行模拟试验，通过改变结构参数等来评估设计方案，降低实际试验的成本。

此外，有限元分析还可以进行参数化分析，通过改变模型参数来研究不同因素对结构性能的影响。

这些优势使得有限元分析在工程设计、优化和研究领域中得到了广泛的应用。

在实际应用中，想要进行有限元分析需要具备一定的背景知识和技能。

波节管管内强化传热有限元Ansys分析

波节管管内强化传热有限元Ａｓｓ析ｎｙ分
徐建民，胡郑重，王奇华。
（．汉工程大学机械工程学院，湖北武汉１武４０７；２中国五环化学工程公司，湖北武汉３０３．４０７）３种不同规格波节管进行了模拟求解，出了湍流状态下波节管内流体的速ｓｓ得度场和温度场，从微观上说明了波节管的强化传热机理。数值计算结果表明，流工况下波节管的湍努塞尔数Ｎ“比光管提高２９～３８．７．０倍。拟合出的努塞尔数准则公式可为波节管实际应用提供
测值与实际值趋势的拟合效果较好。
［］王振龙，５顾
岚．间序列分析［．时Ｍ］北京；国统计出版社，中
雅．间序列分析的工程应用（）［．汉：时上Ｍ］武华
４结论
（）ＡＲ１用ＭＡ模型预测机械故障是可行的，而且应用条件适用于大多数时间序列。（）ＡＲ２用ＭＡ模型进行预测时，要数据样本需数量足够大，否则预测结果有误差，很难做出准确的
［］蒋２时间序列号
瑜，陶利良，杨
雪，机械设备状态预测方法的发展与等．
研究口］现代机械，０１３：４８．．２０，（）８ —７［］陈丽丽，３李蔚，盛德仁，火电厂实时监控系统测量数据预等．
测的研究进展口］电站系统工程，０５２（）ｌ４．２０，１２：一．

有限元分析方法

有限元分析方法有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种数值分析方法，用于解决物理问题的近似解。

它基于将有限元区域（即解释对象）分解成许多简单的几何形状（有限元）并对其进行数值计算的原理。

本文将深入探讨有限元分析的原理、应用和优点。

有限元分析的原理基于弹性力学理论和数值计算方法。

它通过将解释对象分解为有限个简单的几何区域（有限元）和节点，通过节点之间的连接来建立模型。

这些节点周围的解释对象区域称为“单元”，并且通过使用单元的形状函数近似解释对象的形状。

每个单元都有一个与之相连的节点，通过对每个单元的受力进行计算，可以得到整个解释对象的受力分布。

然后，利用一系列运算和迭代，可以计算出解释对象的位移、应力和变形等相关参数。

有限元分析的应用范围广泛，从结构力学、热传导、电磁场分析到流体力学等各个领域。

在结构力学中，它被用于分析各种结构的静力学、动力学和疲劳等性能。

在热传导领域，它可以用于研究物体内部的温度分布和传热性能。

在电磁场分析中，它可用于计算复杂电磁场下的电场、磁场和电磁场耦合问题。

在流体力学中，有限元方法可以解决各种流体流动、热传递和质量转移问题。

有限元分析的优点之一是可以处理各种复杂边界条件和非线性材料特性。

它可以考虑到不同材料的非线性本质，例如弹塑性和接触等问题。

另外，有限元方法还可以适应任意形状和尺寸的几何模型，因此非常适用于复杂工程问题的建模与分析。

有限元分析的使用需要一定的专业知识和经验。

首先，需要将解释对象抽象成几何模型，并进行细分和离散化。

其次，需要选择适当的几何元素和材料模型，以及合适的边界条件和加载方式。

然后，需要定义求解器和数值方法，并使用计算机程序对模型进行计算。

最后，需要对结果进行后处理和验证，以确保其准确性和可靠性。

总的来说，有限元分析是一种强大的工程分析工具，在解决各种物理问题方面有广泛的应用。

它通过将复杂的问题简化为简单的有限元模型，通过数值计算的方法获得近似解。

第7章稳态热传导问题的有限元法

)dΒιβλιοθήκη 0(8-18)14
采度用分布Ga函ler数ki和n方换法热，边选界择条权件函代数入为(8，-w181 )式N，i 单将元单的元加内权的积温
分公式为
e
[ Ni x
(x
[N ]) Ni x y
( y
[N ])]{T}e d y
e
e
NiQ d 2 Ni qs d
(8-19)
e 3
Ni h[N ]{T}e d
一点上都满足边界条件（8-11）。对于复杂的工程问
题，这样的精确解往往很难找到，需要设法寻找近似
解。所选取的近似解是一族带有待定参数的已知函数
，一般表示为:
n
u u Ni ai Na
（8-12）
i 1
其中 ai为待定系数，为 Ni已知函数，称为试探函数。试探
函数要取完全的函数序列，是线性独立的。由于试探函数
T
0
t
5
这类问题称为稳态（Steady state）热传导问题。稳态热传导问题并不是温度场不随时间变化，而是指温度分布稳定后的状态。
若我们不关心物体内部的温度场如何从初始状态过渡到最后的稳定温度场，那么随时间变化的瞬态（ Transient）热传导方程就退化为稳态热传导方程，三维问题的稳态热传导方程为
，取： W j N j W j N j
下面用求解二阶常微分方程为例，说明Galerkin 法（参见，王勖成编著“有限元法基本原理和数值方法”的1.2.3节）。
12
以二维问题为例，说明用Galerkin法建立稳态温度场的一般有限元格式的过程。二维问题的稳态热传导方程：
x
x
T x
y
y
1 x j

ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用

ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用随着科学技术的不断发展，工程领域的热分析越来越重要。

热力学、热传导、热对流、辐射传热等问题是工程领域中需要解决的关键问题之一。

ANSYS有限元分析软件作为一款功能强大、使用广泛的工程分析工具，在热分析领域发挥着重要的作用。

ANSYS有限元分析软件是一种基于有限元理论的数值计算工具。

它通过将一个复杂的物理问题划分成一个个简单的子域，然后将这些子域用有限元进行离散，再通过数值计算方法求解模型的应力、应变等物理场。

在热分析中，ANSYS能够非常准确地模拟材料的温度分布、热流量分布以及传热过程等问题，为工程师提供必要的设计信息。

在热分析中，ANSYS可以解决一系列不同的问题。

首先，它可以模拟材料的温度分布。

通过定义不同的材料参数和边界条件，ANSYS可以准确地计算出材料在不同情况下的温度分布，并可以用图形的形式进行展示。

这对于工程师来说非常有用，因为他们可以根据这些温度分布来判断材料是否会出现过热或者过冷的问题，从而进行相应的调整。

其次，ANSYS还可以模拟热流量的分布。

在实际工程中，热流量的分布是一个很重要的参数。

通过分析热流量的分布情况，工程师可以判断热量的传输是否合理，从而优化设计，提高效率。

ANSYS可以非常准确地计算出热流量的分布，并提供相应的图像展示，方便工程师观察和分析。

此外，ANSYS还可以模拟热对流传热问题。

热对流传热是指通过流体的对流而传递热量的现象。

在实际工程中，热对流非常常见，比如汽车发动机的冷却系统等。

ANSYS可以根据流体的流动特性和边界条件，准确地计算出热对流传热的情况，并提供相应的结果分析。

这对于工程师来说非常重要，他们可以通过这些结果来评估流体的冷却效果是否达到设计要求。

最后，ANSYS还可以模拟辐射传热问题。

辐射传热是指通过辐射而传递热量的现象，是热传导和热对流之外的一种重要传热方式。

在一些高温环境中，辐射传热非常显著，比如高温工业炉等。

有限元分析原理

有限元分析原理有限元分析(FiniteElementAnalysis，简称FEA)是一种新的工程数值计算技术，有限元分析被用于研究各种工程问题时，借助计算机模拟这些问题中复杂的连续介质，能有效地解决一些重要的结构分析问题。

有限元分析原理详细地阐述了所使用的数值方法，以及如何使用它们来解决特定的问题。

有限元分析是一种数学技术，它被用来解决复杂的工程问题。

它的基础原理是，将一个复杂的实体模型分割成许多较小的“有限元”，所有的有限元合起来构成一个完整的有效模型。

在模型中，对于每一个有限元，都应用一系列的假设，如假定结构材料是均匀同质的，应力分布均匀，或者应力以局部区域进行均匀分布等等；这些假设构成了有限元分析中的数值计算方法。

使用有限元分析的方法，可以模拟和研究各种复杂的工程结构，比如航空航天、船舶、航海、桥梁等等；以及重要的力学问题，如振动、传声、传热、流体动力学等等。

使用有限元分析，可以使用数值模拟，计算不同的结构尺寸及材料组合，研究各种假设条件下的结构受力特性，从而更加准确、快速地解决重要的工程问题。

在实际应用中，有限元分析技术对工程设计和结构优化起着十分重要的作用，结合了现代数值分析技术，有限元分析可以使得工程设计和结构优化效率更高。

例如，运用有限元分析，可以通过计算模型模拟在实际应力条件下的结构工作情况，从而更加准确地预测机构的工作状态。

有限元分析不仅仅可以用于分析传统的结构模型，还可以用于复杂的组合结构模型，例如组合材料结构、多孔介质结构、微细结构等等。

有限元分析也可以用来解决实际的流体动力学问题，有效地模拟流体流动的特性。

有限元分析还被广泛应用于工程计算机辅助设计，可以实现对产品外观、大小、结构以及性能等进行精确模拟，有效地提高了工程设计的精度和效率。

总之，有限元分析是一种重要的工程分析技术，从模拟仿真角度而言，它可以有效地预测和解释现实物理问题的运动规律，不仅有助于研究工程结构的受力特性，还为优化结构设计提供了有力的手段和技术支持，有效地提高了工程设计的准确性和效率。

相变墙体传热过程有限元模拟分析研究

０ｆ＝＾ｆ＝｛０
１４轴对称温度场 “ ．变分 ” 方程的推导
用Ｇｌｉ法对式（）ａｋｎｅｉ在整个Ｄ内作变分运算得：
（）４（）５
等＋等＋ｒ）
（１）
１２初始条件．
』ｒ＋ａ￣Ｊｚ０『ｒ一Ｔｄ＝褰＋ｔｒ）ｄ
中图分类号：Ｕ１１１Ｔ１．９
文献标识码：Ａ
对本试验，刚开始放入低温环境时，温度变化很小，因此可认相变储能墙板是美国２０世纪８代中期开始研究的一种０年且各点的温建筑墙体，是含有相变建筑材料的围护结构。这种墙体由于相变为试验初始温度为在未放入低温环境时所测的温度，
所研究物质为各向同性。不考虑容器壁与周围空气的换热，容器内的整个相变过程基本上可看成是一个无热源的非稳态轴对称导热过程，其守恒方程为：
３Ｔ
ｒ
Hale Waihona Puke 件，将试验测得容器的壁热电阻温度作为此边界条件。
Ｔ（，，）ｒｔ＝Ｔ（，，）ｒｚｔ（）３
保证在寿命期内正常使用条件下，不因干燥、潮湿而腐蚀，相接触参考文献：
的材料彼此间必须是相容的。必须保证保温体系与基层墙体牢［］陆凤华，１高晋．谈外墙外保温技术在山西的推广［］山西Ｊ．
固结合，在粘贴前要对墙体面层状况进行认真检查，对于疏松、空
相变墙体传热过程有限元模拟分析研究

基于有限元方法的热传导分析及其工程应用

基于有限元方法的热传导分析及其工程应用热传导是热力学中的一个重要现象，它描述了热量在物体中的传递过程。

在许多工程领域中，对热传导进行准确的分析和预测至关重要。

有限元方法是一种常用的数值模拟方法，可以有效地用于热传导分析，并在工程实践中得到了广泛的应用。

1. 有限元方法简介有限元方法是一种将复杂问题离散化为简单问题的数值方法。

它将需要求解的区域划分为有限数量的子区域，称为单元。

通过在每个单元上建立适当的数学模型，并考虑其边界条件，可以得到整个区域的近似解。

有限元方法可以应用于不同的物理场问题，例如结构力学、热传导、流体力学等。

2. 热传导的数学模型热传导过程可以用热传导方程表达。

对于三维空间中的热传导问题，热传导方程可以写作：∇·(k∇T) + q = ρCp∂T/∂t其中，T是温度分布，k是热导率，q是体积源项，ρ是密度，Cp是比热容。

这是一个偏微分方程，可通过有限元方法进行离散化求解。

3. 有限元离散化过程为了使用有限元方法解决热传导问题，首先需要将待求解区域划分为有限数量的单元。

常见的单元形状有三角形、四边形单元等。

然后，在每个单元内选择适当的插值函数来近似温度场的分布。

通过在每个单元上建立局部方程，并将它们组装成一个整体方程，可以得到一个线性方程组。

通过求解这个方程组，可以得到整个区域的温度分布。

4. 边界条件的处理在热传导问题中，边界条件起着重要的作用。

边界条件可以分为温度边界条件和热通量边界条件。

温度边界条件指定了边界上的温度值，而热通量边界条件指定了热量在边界上的传递速率。

在有限元方法中，通过在网格节点处施加相应的边界条件，可以得到方程组的边界条件部分。

5. 工程应用基于有限元方法的热传导分析在工程中有着广泛的应用。

以热导率为例，对于材料的选取和设计，了解其热导率的分布是非常重要的。

有限元方法可以对材料的热导率进行模拟和预测，从而指导工程设计和优化。

同时，在导热设备的设计中，有限元方法也可以用来评估材料的热传导性能，确定热传导路径，优化传热效果。

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【问题描述】本例对覆铜板模型进行稳态传热以及热应力分析，图I所示的是铜带以及基板的俯视图，铜带和基板之间由很薄的胶层连接，可以认为二者之间为刚性连接，这样的模型不包含胶层，只有长10mm的铜带（横截面2mm×0.1mm）和同样长10mm的基板（横截面2mm×0.2mm）。

材料性能参数如表1所示，有限元分析模型为实体——实体单元，单元大小0.05mm，边界条件为基板下表面温度为100℃，铜带上表面温度为20℃，通过二者进行传热。

图I 铜带与基板的俯视图表1 材料性能参数名称弹性模量泊松比各向同性导热系数基板 3.5GPa 0.4 300W/(m·℃)铜带110GPa 0.34 401W/(m·℃)【要求】在ANSYS Workbench软件平台上，对该铜板及基板模型进行传热分析以及热应力分析。

1.分析系统选择（1）运行ANSYS Workbench，进入工作界面，首先设置模型单位。

在菜单栏中找到Units下拉菜单，依次选择Units>Metric（kg,m,s,℃，A，N,V）命令。

（2）在左侧工具箱【Toolbox】下方“分析系统”【Analysis Systems】中双击“稳态热分析”【Steady-State Thermal】系统，此时在右侧的“项目流程”【Project Schematic】中会出现该分析系统共7个单元格。