ansys界面换热系数校核
ANSYS热分析指南——ANSYS稳态热分析word精品文档59页
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。
最后，本章提供了该实例等效的命令流文件。
基手ANSYS的U型管换热器的结构优化设计
基手ANSYS的U型管换热器的结构优化设计晨怡热管 (新疆大学化学化工学院，新疆鸟鲁木齐830008) 侯静张亚新韩维涛 2010-3-4 1:28:12摘要：介绍了基于ANSYS的蛄构优化设计的基本原理和方法，用ANSYS软件对u型管换热器的管板厚度进行了优化设计，得出了管板参数的最佳组合，为换热器的设计提供了理论依据。
关键词：ANSYSl优化设计；目标函数；管板中圈分类号：TQ051．5文献标志码}A文章编号：1005—2895(2006)010026—040引言结构优化是结构设计的一个重要方面。
在结构优化中，有限元方法是重要方法之一。
2O世纪6O年代以来，随着计算机技术的蓬勃发展，有限元方法迅速发展成为一种新的高效的数值计算方法，并很快广泛应用到弹塑性力学、断裂力学、流体力学、热传导等领域。
ANSYS 系统是第一个通过ISO9001质量认证的大型工程分析类有限元软件，在机械、土木和航空航天等领域有着广泛和良好的应用基础[1]。
换热器管板是换热器中的重要部件。
根据管板结构的特点，它直接影响着管箱的承压能力。
它的变形情况及应力分析对整个管箱结构的应力分析起着决定性的作用。
本文采用ANSYS有限元分析软件，建立换热器管板的有限元模型，加载求解，利用其优化功能模块进行优化处理，给出了管板参数的最优组合，为换热器的设计提供了有价值的理论依据。
1优化设计基本原理优化问题的基本原理是通过优化模型的建立，运用各种优化方法，通过满足设计要求的条件下迭代计算，求得目标函数的极值，得到最优设计方案。
在一个设计优化工作之前，用3种变量来阐明设计问题，优化问题的数学模型可表示为[2]。
2ANSYS优化设计概述2．1优化变量优化变量是优化设计过程中的基本变量，包括设计变量(DV)、状态变量(SV)和目标函数设计变量(DV)是优化设计中的自变量，通常包括几何尺寸(如截面面积、宽度、高度等)、材质、载荷位置、约束位置等。
基于ANSYS的换热器管板应力分析及其优化设计
基于ANSYS的换热器管板应力分析及其优化设计发布时间：2021-06-18T02:32:55.905Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：王宜亮[导读] 为研究换热器管板受力复杂的问题，基于ANSYS Workbench软件，以管板应力受管壳程温度载荷、压力载荷和管板厚度的影响为研究对象，研究了其应力分布情况，得出管板在换热器壳程先停工况时最危险；江苏自动化研究所江苏连云港 222061摘要：为研究换热器管板受力复杂的问题，基于ANSYS Workbench软件，以管板应力受管壳程温度载荷、压力载荷和管板厚度的影响为研究对象，研究了其应力分布情况，得出管板在换热器壳程先停工况时最危险；同时对此工况下各参数进行关联性分析和对管板进行优化分析。
结果表明：温度载荷对管板应力分布的影响程度最大，其次是管板厚度，压力载荷影响最小；管板可由原有的35mm厚度优化43%，在管板厚度降低至20mm后，仍满足安全要求，达到安全与经济兼顾。
关键词：管壳式换热器；管板；关联性分析；优化分析Stress analysis and optimization design of heat exchanger tube-sheet based on ANSYSWANG Yiliang( Jiangsu AutomationResearchInstitute, Lianyungang222061)Abstract: In order to study the complex stress on the tube-sheet of heat exchanger, the stress distribution of the tube-sheet was studied by using ANSYS Workbench and taking the influence of temperature load, pressure load and thickness of tube-sheet as the research object. It is concluded that tube-sheet is the most dangerous when the shell side of heat exchanger stops first. At the same time, the correlation analysis of the parameters and the optimization analysis of the tube-sheet are carried out. The results show that: the temperature load has the greatest influence on the stress distribution of the tube-sheet, followed by the thickness of the tube-sheet, and the pressure load has the least influence; the tube-sheet thickness can be optimized by 43% from the original 35mm thickness, and the safety requirements can still be met after the tube-sheet thickness is reduced to 20mm, which can achieve both safety and economy.Key words: Shell-and-tube heat exchanger; Tube-sheet; Relevance analysis; Optimization analysis0前言管壳式换热器管板的设计与优化是为了使换热器在实际运行中更加安全，能有效提高能源的利用率。
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。
基于 ANSYS 的管道外自然对流换热系数的确定
基于 ANSYS 的管道外自然对流换热系数的确定程宇;张巨伟【摘要】During mass transfer in pipeline,it is needed to analyze the thermal stress caused by temperature gradient and the temperature field distribution of pipelines. However, if the pipe outer wall temperature is unknown, air convection heat transfer coefficient can not be determined only by natural convection heat transfer empirical correlations. So based on the theory of heat transfer,through ANSYS structural thermal analysis, a method to determine the natural convection heat transfer coefficient was put forward. Through the case analysis, the calculation results were compared with the experimental results to determine the feasibility of the method.%管道在进行传质的过程中，需要计算温度梯度引起的热应力，以及管道温度场分布情况，但在管道外壁温度未知的情况下，仅通过自然对流换热经验关联式无法确定空气对流换热系数。
基于传热学的理论，采用 ANSYS 软件进行结构热分析，提出一种精确确定管道外自然对流换热系数的方法。
用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析
用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析利用数值模拟计算软件进行管壳式换热器的流体力学和传热性能计算及评估已经成为开发和研究管壳式换热器的重要手段之一，由于结构和流道复杂，导致准确地进行换热器的流体力学性能和传热性能计算和评估有一定的困难。
而对换热器的结构性能进行准确分析一般都需要进行流固耦合模拟，如果要同时进行换热器的流体流动与传热和结构性能分析就更加困难。
般利用已知的平均温度或利用已知的换热（膜）系数对几何结构模型加载，而这些已知条件通常来源于手册提供的数据或者经验数据，并非来源于严格的换热器流体力学与传热工艺的数值计算，因此是产生结果计算偏差的主要原因之一。
目前文献对于给定工艺条件下管壳式换热器的整体温度场研究的并不多，由于准确的温度场是研究温差应力及其危害的前提，因此本文利用FLUENT 和ANSYS 软件对一台固定管板换热器的约束构件之间的整体结构在正常运行工况下的数值模拟问题进行了研究，首先从计算流体力学与传热的角度出发，利用FLUENT 软件进行换热器流体流动与传热的工艺状况数值模拟。
然后把FLUENT 软件的数值模拟结果导入ANSYS中作节点插值，完成温度场的重建，作为进行换热器的热分析以及结构分析的边界条件。
从而实现了管壳式换热器的FLUENT 和ANSYS 联合仿真模拟，综合整个过程可以很好地完成同一条件下换热器的流体力学与传热和结构性能分析，使得换热器的工艺性能计算与结构分析计算完整地结合在一起，计算精度更高。
1 CFD数值模拟本文研究的换热器结构示意如图1所示，在对实际结构进行合理简化的基础上，以影响流动和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型，采用分段模拟、整体综合的方法，利用FLUENT软件对该换热器在正常操作工况下的流动与传热情况进行数值模拟[8] ，得到计算流道上有关各个构件的壁温场分布。
图1 换热器结构示意图CFD模型正常工作状态下换热器的管程介质为饱和水蒸汽，蒸汽温度为110℃。
Ansys热分析教程-第六章
– 用外部编辑器如EXCEL生成的文件。 数据必须是tab-delimited 格式才能用 ANSYS的 *TREAD命令读入。
ANSYS APDL 数组复习
•
ANSYS 有两种数组参数:
– – 数组 类型定义离散的函数 表格 类型使用线性插值方法定义连续的函数。
• •
数组可以是一、二、三维的。 两维数组有 m 行 n 列; 行用行号 I标志, 从1到m 列用列号J标志，从1到n。
检查通过表格输入的边界条件(续)
• 求解结束后，列出或绘制单元和结点的边界条件 (在求解器中)会 显示出时间为最后载荷子步的数值。 • 在POST1 (通用后处理器)中, 边界条件可以在结点和单元上列出 或绘制，时间是存储在数据库中的数值。
其他选项 - 表格输入
在许多情况下，载荷类型可以得到但载荷的表格数值在建模时并不 知道。在这种情况下，用户可能只想确定不同的载荷区域。要做到 这一点:
• 当表格边界条件施加到实体模型或有限元模型上后，在前处理器 中列出边界条件时表格名将出现。 • 如果使用SBCTRAN (Solution>Loads>Operate>Transfer to FE) 命令将载荷传递到有限元模型上时, 在求解器中可以列出或绘制 出结点和单元的表格边界条件数值。如果表格边界条件是时间的 函数，显示的是TIME = 0的数值。如果载荷步文件 jobname.SXX) 是在传递以后写的，结点和单元的载荷步文件边界条件 (实体模 型载荷不存储在LS文件中) 还是由表格引用，而不是数值。
表格化边界条件- 基本变量
表格由下列基本变量组成: 基本变量 • 时间 • 全局笛卡尔坐标系中坐标 • 温度 • 速度, 用于Fluid116单元，1D 热－流 单元 相应 ANSYS 标记 • TIME • X, Y, Z • TEMP • VELOCITY
ANSYS作业-换热管的热分析
二、 定义单元类ain Menu⟶Preprocessor⟶Element Type⟶ Add/Edit/Delete 命令，弹出 Element Type 对话框。单击 Add 按钮， 弹出 Library of Element Type 对话框。在左右列表中分别选择 Thermal solid 和 Brick 20node 90 选项，如图 4 所示。单击 OK 按 钮。
表一：壳程温度及对应的表面传热系数 壳程温度（℃） 210 220 230 240 250 260 270 280
壳程表面传热系 1405 1701 2079 2516 3059 3731 4539 5575
数（W⁄(m2 ∙ ℃)）
换热管内径为0.0121m，外径为0.01905m，管板厚度为0.05m，换热管长度为0.35m， 管板长和宽均为0.026m，其结构如图 1 所示。
图 4 Library of Element Type 对话框
2、设置材料属性
执行 Main Menu⟶Preprocessor⟶Material Props⟶Material Models 命令，出现如图 5 Define Material Models Behavior 对话框。 在 Material Models Available 下面的选项连续点击 Structural⟶Linear⟶Elastic⟶Isotropic，出现 Linear Isotropic
Change Title 对话框，如图 3 所示。在弹出的对话框中输入 Temperature Distribution in heat-exchange pipe,单击 OK 按钮。
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在我们软件中包含一部分数据，是以函数的方式保存在数据 库文件 quenching_media.fct中. 对于我们没有的介质参数，我们使用我们的校验工具来校验。
其中需要我们对冷却曲线进行测量，得到时间温度的函数
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Checking Content of the Function Database
点击 See content…按钮，可以检 查刚才保存的数据. 1
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exp_hec.dat 文件内容
要记录的数据如右图所 示，是一个时间温度表， 并且格式要与右图一致.
这个例子是在 ISORAPID 277 HM这种 介质的测量结果.
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开始校验
点击菜单按钮
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Roller
界面换热系数工具使用
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试验数据准备
开始校验前，我们要把 测量数据写到文件 exp_hec.dat 中，保 存到工作目录下.
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现在认为界面换热系数和实际比 较接近，可以用来做分析. 冷却曲线是非常敏感的，我们可 以接受一定的误差!
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保存界面换热系数
保存结果数据. 使用 Table access… 按钮. 在 Choice of a table 对话框中选 择 表 格 数 字 号 ， 然 后 点 击 Write Functions DB… 按钮.
Chapter 1 – 界面换热系数校验
Author(s): ESI Group
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淬火介质
淬火介质有很多类型 (水, 油,等.).
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roller.fct记录的函 数表格
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保存结果
按图中顺序进行填写并点击，保存数 据 1
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修改参数影响 的区域
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修改界面换热系数
我们对不同温度下的值 修改后，可以得到与实 际试验结果更为逼近的 结果. 我们用上面的方法把所 有温度范围的值都计算 好.直到计算结果和试验 曲线拟合的很好。 最后的值会保存在工作 目录下文件hec.dat 中. 右边的一组数据是我们 针对这个例子计算模拟 认为比较好的一个结果.
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预估界面换热系数
现在点击 ... 按钮，然后根据我们的 试验数据会有一个预估值. 这些预估的表格数据显示在右边图片 位置. 输入一个表格的数字号，然后点击 Display… 按钮显示预估的界面换 热系数曲线.
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Acceptable values
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修改参数后试验与模拟的比较
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改变高温的值 1
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比较结果
修改参数影响 的区域
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根据结果修改界面换热系数
在 Table Processing 窗口中，可以修改数据. 从高温开始对数据校验. 在这个例子中，模拟的 冷却结果要比试验的结 果慢. 因此需要把界面换热系 数加大. 修改后，再次确认然后 点击OK，现在会重新计 算. 计算完成后,再次检查结 果.
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定义探针类型和淬火温度
选择探针类型 (ISO国际标准或者 JIS 日本标准); 我们这里用的是国际标 准. 选择探针的初始温度 (试样温度) 和 淬火介质的初始温度.
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预估界面换热系数
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显示预估界面换热系数曲线
kT [W/mm/K]
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选择一个函数库
首先，选择一个标准函数库文件 bdfct.fct ，点击 Save as… 另 存一个文件，用于保存我们的校验结 果. 选到工作目录下，保存文件名为 roller.fct. 1
通过Plotting description窗口我们可 以选择显示的范围
T [° C]
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模拟试验结果 点击OK按钮回到 HEC Fitting 窗口. 输入刚才我们输入过 的表格数字号. 点击OK开始模拟试 验. 计算完成后，试验冷 却曲线和冷却速率结色的 实验结果.
模拟 试验 HEC function: 界面 换热系数与温度 的曲线
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根据结果修改界面换热系数
很明显，预估的值和实际并不十分匹 配. 需要我们修改表格的数据得到更好的 结果。. 用 Table access… 按钮. 选择刚才的表格. 1
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总结
界面换热系数校核完毕. 现在结果已经保存到了文件 roller.fct 中，我们可以用 它来做我们接下来的热处理模拟.
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试验与模拟结果比较改进
温度时间曲线 冷却速率曲线
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