ANSYS 經典熱分析實例

在實際生產過程中常常會遇到多種多樣的熱量傳遞問題如計算某個系統或部件的溫度分布、熱量的獲取、熱梯度、熱流密度、熱應力及相變等。所涉及的領域包括:能源、化工、冶金、建筑、電子、航空航天、農業、制冷及船舶等。

熱傳遞(或稱傳熱)是物理學上的一個物理現象,是指由于溫度差引起的熱能傳遞現象。熱傳遞中用熱量量度物體內能的改變。熱傳遞主要存在三種基本形式:熱傳導、熱輻射和熱對流。只要在物體內部或物體間有溫度差存在,熱能就必然以以上三種方式中的一種或多種從高溫到低溫處傳遞。

ANSYS 經典熱分析實例的圖1

ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程,用有限元方法計算物體內部各節點溫度,并導出其他物理參數。運用ANSYS軟件可進行熱傳導、熱對流、熱輻射、相變、熱應力及接觸熱阻等問題的分析求解。

下面我們通過ANSYS經典做一個對流傳熱的實例。


問題描述:如下圖所示,某筒體壁厚50mm,筒體導熱系數取50.0w/(m.),筒體內部存儲有介質,介質溫度150℃;筒體外壁面直接暴漏在外部環境下,假設對流系數為72.0W/(M2.),外部環境溫度取20℃。此處假定筒體內壁為恒溫,求筒體沿壁厚方向的溫度分布。

ANSYS 經典熱分析實例的圖2

第一步:建立工作文件名和工作標題;

ANSYS 經典熱分析實例的圖3


第二步:菜單過濾設置-選取Thermal

ANSYS 經典熱分析實例的圖4


第三步:進入前處理器,定義單元類型,此處選取4節點平面單元PLANE55

ANSYS 經典熱分析實例的圖5


第四步:定義材料屬性-導熱系數;

ANSYS 經典熱分析實例的圖6

第五步:建立幾何模型,寬0.03m,高0.05m

ANSYS 經典熱分析實例的圖7

第六步:網格劃分-網格大小0.001m,四面體映射網格劃分;

ANSYS 經典熱分析實例的圖8

第七步:進入求解器,指定求解類型為穩態分析;

ANSYS 經典熱分析實例的圖9

第八步:在關鍵點上施加溫度載荷;

ANSYS 經典熱分析實例的圖10

ANSYS 經典熱分析實例的圖11

第九步:在線段上施加對流載荷;

ANSYS 經典熱分析實例的圖12

ANSYS 經典熱分析實例的圖13


第十步:求解;

第十一步:后處理-提取溫度分布:

ANSYS 經典熱分析實例的圖14

溫度分布如下:

ANSYS 經典熱分析實例的圖15


附:案例命令流

/PREP7

KEYW,PR_THERM,1

SMRT,OFF

ET,1,PLANE55

MP,KXX,1,50.0

K,1

K,2,0.03

K,3,0.03,0.05

K,4,,0.05

L,1,2

L,2,3

L,3,4

L,4,1

AL,ALL

APLOT

Esize,0.001

Amesh,all

FINISH

/SOLU

ANTYPE,STATIC

DK,1,TEMP,150,,1

DK,2,TEMP,150,,1

SFL,3,CONV,72.0,,20

solve

/POST1

SET,LAST

/EDGE,,1

/PLOPTS,INFO,ON

/TITLE,TEMPERATURE CONTOURS IN THE BEAM

PLNSOL,TEMP

FINISH

/EXIT,ALL

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