Ansys 例瞬态热分析实例一水箱

第33例瞬态热分析实例——水箱

本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。

33.1概述

热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。

33.1.1 瞬态热分析的定义

瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。

33.1.2 嚼态热分析的步骤

瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。

1．建模

瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。

注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。

2.施加载荷和求解

(1)指定分析类型，

Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择 Transient。

(2)获得瞬态热分析的初始条件。

定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。

定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Initial Condit'n→Define即IC命令施加。非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。该稳态分析与一般的稳态分析相同。

注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步， Main Menu→Solution →Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step。

(3)设置载荷步选项。

普通选项包括每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step.

非线性选项包括：迭代次数（默认25），选择Main Menu→Solution→Load Step

Opts→Nonlinear→Equilibrium Iter;打开自动时间步长，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step：将时间积分打开，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration →Amplitude Decay.

输出选项包括：控制打印的输出，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts →Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出，选择Main Menu→Solution →Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.

(4)如果均匀的初始温度场是通过稳态分析施加的，则须删除稳态分析时施加的温度载荷，选择 Main Menu→Solution→Define Loads→Delete→Thermal→Temperature。

(5)求解。

3.查看结果

可以用POST26或POST1查看结果。

33.2问题描述

图33-1所示为一个温度为500℃的铁块和一个温度为400℃的铜块，突然放入温度为20℃的完全绝热的水箱中。忽略水的流动，试分析1h后铜块和铁块的最高温度，以及铜块和铁块的温度变化情况。

材料热物理性能参数如表33-1所示。

图33-1 水箱示意图

表33-1 材料热物理性能参数

33.3分析步骤

拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，在所弹出对话框的“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE33，单击“OK”按钮。

图33-2 改变任务名对话框

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出如图33-3所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图33-4所示的对话框，在左侧列表中选“Thermal Solid”，在右侧列表中选“8node 77”，单击“OK”按钮，返回到如图33-3所示的对话框，单击“Close”按钮关闭对话框。

图33-3 单元类型对话框

图33-4 单元类型库对话框

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出如图33-5所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Thermal”、“Conductivity”、“Isotropic”，弹出如图33-6所示的对话框，在“KXX”文本框中输入383（导热系数），单击“OK”按钮；再次拾取如图33-5所示对话框中右侧列表的“Specific Heat”项，弹出如图33-7所示的对话框，在“C”文本框中输入390（比热），单击“OK”按钮；再次拾取如图33-5所示对话框中右侧列表的“Density”项，弹出如图33-8所示的对话框，在“DENS”文本框中输入8889（密度），单击“OK”按钮，于是定义好了材料模型1（铜）。

单击如图33-5所示对话框的菜单项Material--New Model，单击弹出的“Define Material TD”对话框中的“OK”按钮，然后重复定义材料模型1时的各步骤，定义材料模型2（铁）的导热系数为70，比热为448，密度为7833。重复定义材料模型2时的各步骤，定义材料模型3（水）的导热系数为2，比热为4185，密度为996。最后关闭如图33-5所示的对话框。

略

图33-5 材料模型对话框

图33-6 定义导热系数对话框

图33-7 定义比热对话框