瞬態傳熱分析的案例
ANSYS workbench瞬態傳熱相變分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習傳熱相變的三維模型處理
2、學習傳熱相變瞬態熱分析步的建立
3、學習傳熱相變瞬態熱分析的載荷施加
4、學習傳熱相變瞬態熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 傳熱相變瞬態熱分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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展開 一分鐘了解穩態熱分析&瞬態熱分析
2.3.有限元解
1）材料定義
對于穩態熱分析，僅需定義熱導率（Conductivity）。
2）分析步設置
定義穩態傳熱分析步。
3）邊界條件和載荷
左端點設置熱流率（Concentrated heat flux）；右端點設置溫度邊界。
4）網格劃分
低階熱傳導桿單元（DC1D2），劃分40個單元。
5）溫度分布仿真結果
2.4.解析解與有限元仿真解的比較
單軸直桿穩態熱傳導解析解與數值解計算結果如下表所示。可以看到數值解與解析解是完全一致的。根據熱流率的仿真結果看，流入熱量與流出熱量是相等的，滿足能量守恒定律。
3.單軸直桿瞬態熱分析
不同于穩態傳熱分析，瞬態傳熱分析是指一個系統的加熱或冷卻過程。在穩態傳熱分析中，分析步時間是沒有意義的；而在瞬態傳熱分析中，分析步的時間是有實際意義的。
3.1.問題描述
如圖所示的單軸直桿傳熱模型（不考慮輻射和對流換熱），熱流率Q=1W從溫度T(0)端流入，流過長度L=400mm，橫截面積A=10×10mm2的直桿，從溫度T(L)=20°C端流出，假設材料為鋁合金，導熱系數k=100W/(m°C)，計算直桿的左端點和中點的溫度隨時間的變化曲線。
3.2.有限元解
1）材料定義
不同于穩態熱分析，在瞬態熱分析中除了定義熱導率（Conductivity）之外，還需要定義密度（Density）和比熱容（Specific Heat）。
2）分析步設置
定義瞬態傳熱分析步，分析步時間為60s。初始增量步設為1s，最小增量步設為0.0006s，最大增量步設為1s。每個增量步所允許的溫度的最大變化設為50°C。
展開 知識：瞬態傳熱分析
一、瞬態傳熱分析的定義
瞬態熱分析用于計算一個隨時間變化的系統的溫度場及其它熱參數。在工程上一般用瞬態熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應力分析。
瞬態熱分析的基本步驟與穩態熱分析類似。主要的區別是瞬態熱分析中的載荷是隨時間變化的。為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷～時間曲線分為載荷步。載荷～時間曲線中的每一個拐點為一個載荷步，如下圖所示。
對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階越。
二、瞬態熱分析中的單元及命令
瞬態熱分析中使用的單元與穩態熱分析相同。要了解每個單元的詳細說明，請參閱《ANSYS Element Reference Guide》。要了解每個命令的詳細功能，請參閱《ANSYS Command Reference Guide》。
三、ANSYS 瞬態熱分析的主要步驟
· 建模
· 加載求解
· 后處理
四、建模
· 確定jobname、title、units, 進入PREP7；
· 定義單元類型并設置選項；
· 如果需要，定義單元實常數；
· 定義材料熱性能：一般瞬態熱分析要定義導熱系數、密度及比熱；
· 建立幾何模型；
· 對幾何模型劃分網格。
關于建模及劃分網格，請參閱《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
展開 實心球熱輻射分析
考慮到球的對稱性，可將其簡化為軸對稱模型進行分析，也可采用實體模型進行分析。本文中采用實體模型進行熱輻射分析。
2.有限元解
2.1.絕對零度和斯蒂芬~玻爾茲曼常數設置
絕對零度設為0；斯蒂芬~玻爾茲曼常數設為5.67E-8W/(m2·K4)。
2.2.材料定義
該分析中采用國際單位制，各材料參數如下：密度7850kg/m3；導熱系數60.64W/(m·K)；比熱容460J/(kg·K)。
2.3.分析步設置
定義瞬態傳熱分析步，分析步時間為36000s。初始增量步設為0.1，最小增量步設為0.001，最大增量步設為100，最大增量步數設為1000。每個增量步所允許的溫度的最大變化設為50。
2.4.輻射率及環境溫度設置
輻射率設為1，環境溫度設為300K。
2.5.實心球初始溫度場設置
設置實心球體的初始溫度場為2000K。
2.6.網格劃分
低階熱傳導單元（DC3D8）。
2.7.溫度分布仿真結果
實心球球心溫度為501.8K，實心球表面溫度為489.8K。
來源：DeepFEA
展開 
ANSYS有限元分析從入門到精通
348
21.3.3 相變問題 351
21.3.4 瞬態傳熱實例一 351
21.3.5 瞬態傳熱分析實例二 357
第六篇 電磁與聲學篇
第22章 ANSYS聲學分析 360
22.1 ANSYS聲學分析基礎 360
22.1.1 聲場流體基礎 360
22.1.2 聲場流體問題中矩陣的推導 361
22.1.3 聲場吸聲問題 362
22.1.4 聲場聲固耦合問題 363
22.2 殼單元耦合及實體單元聲固耦合實例 364
22.3 消聲器性能模擬 370
22.4 兩種平面流體單元聲學分析的比較 374
22.4.1 首先采用基于位移積分的流體單元FLUID79 374
22.4.2 然后采用基于壓力積分的流體單元FLUID29 379
22.5 實例分析 380
第23章 ANSYS電磁場分析 382
23.1 電磁場有限元分析簡介 382
23.2 二維靜態磁場分析與實例 385
23.2.1 二維靜態磁場分析中要用到的單元 386
23.2.2 靜態磁場分析的步驟 387
23.2.3 二維靜態磁場分析與實例 387
23.3 二維瞬態磁場分析與實例 391
23.3.1 瞬態磁場分析 391
23.3.2 二維瞬態磁場分析實例 392
23.4 三維靜態磁場分析與實例 398
23.4.1 3D靜態磁場分析中的單元(標量法) 398
23.4.2 3D靜態磁標勢分析的步驟 399
23.4.3 3D靜態磁場分析(棱邊單元方法) 399
23.4.4 3D靜態磁場分析實例 401
23.5 3D諧性與瞬態分析實例 407
23.5.1 3D諧性分析 407
23.5.2 3D瞬態磁場分析 411
第七篇 Workbench篇
第24章 ANSYS-Workbench仿真技術平臺 416
24.1 ANSYS-Workbench簡介 416
24.2 DesignModeler
展開 THESEUS-FE軟件特點
作為專業的熱分析和熱管理程序，THESEUS-FE可進行穩態和瞬態傳熱分析，對從發動機艙熱管理到乘員艙熱舒適性分析的各種復雜熱問題進行仿真。其主要應用領域包括汽車、交通運輸、航空、航天、船舶等。
主要特性：
1、穩定的熱傳導分析
THESEUS-FE使用最為先進的有限元技術進行高速穩態和瞬態熱傳導分析。可直接導入模型，支持多種單元類型。支持多層復合材料的殼單元，可輸出厚度方向的溫度剖面，并可實現復合材料殼中的內部空氣和真空層。
2、高效的熱輻射分析
THESEUS-FE的高性能輻射求解器可快速完成短波輻射的吸收、傳輸和反射分析以及長波輻射的吸收、散射和多重反射計算。對于計算輻射傳熱必須的角系數，THESEUS-FE采用最先進的計算機圖形學算法：kd-tree。
展開 設計仿真 | MSC Nastran 利用穩健的非線性功能模擬現實
熱變化通常會影響結構響應，反之亦然，需要進行耦合分析以更好地理解物理場。例如，制動系統中的摩擦會產生熱量，溫度梯度可能導致翹曲，而翹曲反過來又可能是不必要的噪音的來源。MSC Nastran 幫助您可以在單個模型中仿真多個物理場，使工程師能夠同時仿真結構荷載和熱荷載的相互作用。
考慮所有傳熱模式的熱分析（傳導、對流和熱輻射）
更高效的計算輻射視角系數
穩態和瞬態傳熱分析
與溫度相關的材料特性，可提高精度
線性和非線性材料屬性，用于更好地表示行為
熱接觸，允許在組件之間傳遞熱量
以溫度為初始條件執行熱應力分析
熱和結構行為的耦合
包含摩擦和內部塑性發熱
功能：
支持材料模型包括彈性塑性、超彈、形狀記憶合金、復合材料、溫度依賴性等
將多個分析鏈接在一起，形成一個模型的多學科分析
執行瞬態和穩態傳熱分析
執行耦合和非耦合熱結構分析
利用針對性能和精度而優化的先進求解器
在共享和分布式內存計算機上實現并行處理
觀察非線性材料的損壞和失效
監測先進復合材料的分層和漸進性失效
使用針對非線性分析優化的 1D, 2D and 3D 單元
應用粘接接觸方式易于模擬約束應用
粘接接觸聯接不同網格
執行熱接觸，在各種組件之間實現精確的熱傳遞
高性能計算
隨著仿真使用的增加，模型規模和仿真數量都在增加。然而，更嚴格的時間限制意味著這些分析需要更快地運行。為了應對這一挑戰，MSC Nastran通過在多個方面提升解決問題能力，繼續證明其在高性能計算（HPC）計算方面的領導地位。
展開 設計仿真 | MSC Nastran 利用穩健的非線性功能模擬現實
熱變化通常會影響結構響應，反之亦然，需要進行耦合分析以更好地理解物理場。例如，制動系統中的摩擦會產生熱量，溫度梯度可能導致翹曲，而翹曲反過來又可能是不必要的噪音的來源。MSC Nastran 幫助您可以在單個模型中仿真多個物理場，使工程師能夠同時仿真結構荷載和熱荷載的相互作用。
考慮所有傳熱模式的熱分析（傳導、對流和熱輻射）
更高效的計算輻射視角系數
穩態和瞬態傳熱分析
與溫度相關的材料特性，可提高精度
線性和非線性材料屬性，用于更好地表示行為
熱接觸，允許在組件之間傳遞熱量
以溫度為初始條件執行熱應力分析
熱和結構行為的耦合
包含摩擦和內部塑性發熱
功能：
支持材料模型包括彈性塑性、超彈、形狀記憶合金、復合材料、溫度依賴性等
將多個分析鏈接在一起，形成一個模型的多學科分析
執行瞬態和穩態傳熱分析
執行耦合和非耦合熱結構分析
利用針對性能和精度而優化的先進求解器
在共享和分布式內存計算機上實現并行處理
觀察非線性材料的損壞和失效
監測先進復合材料的分層和漸進性失效
使用針對非線性分析優化的 1D, 2D and 3D 單元
應用粘接接觸方式易于模擬約束應用
粘接接觸聯接不同網格
執行熱接觸，在各種組件之間實現精確的熱傳遞
高性能計算
隨著仿真使用的增加，模型規模和仿真數量都在增加。然而，更嚴格的時間限制意味著這些分析需要更快地運行。為了應對這一挑戰，MSC Nastran通過在多個方面提升解決問題能力，繼續證明其在高性能計算（HPC）計算方面的領導地位。
展開 《ANSYS基礎與應用教程》
10.3 非線性表態分析基本過程
10.3 非線性結構的分析注意事項
10.4 非線性結構分析注意事項
10.5 大應變分析
10.6 屈曲分析
10.7 材料非線性分析
10.8 非線性分析示例
第11章接觸分析
11.1 接觸分析的概念和分類
11.2 ANSYS接觸分析能力
11.3 畫一面接觸分析
11.4 點一面接觸分析
11.5 點一點接觸分析
11.6 接觸問題的示例
第12章模態分析
12.1 模態分析的基本概念
12.2 模態分析方法
12.3 模態分析過程
12.4 預應力模態分析
12.5 循環對結構的模態分析
12.6 循環對稱結構的模態分析
第13章諧響應分析
13.1 諧響應分析
13.2 諧響應分析求解方法
13.3 完全法諧響應分析過程
13.4 縮減法響應分析過程
13.5 模態疊加法諧響應分析過程
13.6 有預應力的諧響應分析
13.7 諧響應分析實例
第14章瞬態動力學分析
14.1 瞬態動力學分析概念
14.2 瞬態分析的三種求解方法
14.3 完全法瞬態動力學分析過程
14.4 縮減法瞬態動力學分析
14.5 模態疊加法瞬態動力學分析過程
14.6 有預應力瞬態動力學分析過程
14.7 進行瞬態分析要注意的技術細節
14.8 瞬態動力學分析示例
第15章譜分析
15.1 譜分析的基本概念
15.2 譜分析中的常用術語
15.3 單點響應譜分析步驟
15.4 隨機振動分析步驟
15.5 動力設計方法
15.6 多點響應譜分析
15.7 單點響應譜分析示例
15.8 隨機振動分析示例
第16章熱分析
16.1 ANSYS熱分析功能
16.2 熱分析的理論基礎
16.3 穩態傳熱分析
16.4 瞬態傳熱分析
16.5 輻射熱分析
16.6 含相變現象的熱分析
16.7 熱應力分析
16.8 綜合熱分析示例
第17章APKL開發
展開 ANSYS Workbench Mechanical 熱輻射傳熱分析方法操作
在workbench中，可以進行熱輻射分析計算的Mechanical模塊主要有穩態/瞬態耦合場、穩態/瞬態熱等，其工程圖如圖 1所示。各個模塊的輻射傳熱設置非常相近，接下來以穩態熱模塊演示一個簡單熱輻射案例。
圖 1 能夠進行熱輻射計算的Mechanical模塊
現有一幾何模型如圖 2所示，由一個圓臺筒和位于圓臺筒中心的小圓柱體組成。其中，小圓柱的側面是溫度為700℃的熱邊界；所有表面均可產生熱輻射，熱輻射率為0.7；環境溫度為4K。
圖 2 穩態熱模塊熱輻射計算演示案例幾何模型
1 設定傳熱邊界條件
首先設定輻射傳熱條件。在steady-state thermal項目樹下添加“radiation”分支。
在設置框中選定對應的輻射面。
在Correlation選項中可以選擇輻射至環境和面到面輻射，其中輻射至環境指的是所有面產生的輻射均輻射至環境，不會產生面和面之間的輻射；面到面輻射則考慮實體面之間的輻射，不在面和面之間的輻射依然默認為輻射至環境中，該選項需要計算所有輻射面上單元面的角系數，在工作目錄生成角系數文件。本案例考慮面到面之間的輻射，選擇為“surface to surface”。
設定輻射率，此處設定為0.7。設定環境溫度，此處設定為-269.15℃。默認輻射空間序號為1，如果在計算過程中添加了多個“radiation”分支，不同分支之間輻射空間序號相同部分會放到一個空間內進行計算，序號不同的部分則不會有輻射關聯。此處輻射空間序號的設置并沒有什么限制，同一個輻射空間的保證為同一個序號，不同輻射空間的保證為不同序號即可。
圖 3 穩態熱模塊輻射傳熱分支設置
設置完輻射傳熱邊界條件后，再設定其他熱邊界條件。
展開 均熱板相變傳熱仿真分析
根據均熱板的工作原理，冷凝端會有熱源從蒸發端傳遞而來，而蒸發端同樣會有冷流從冷凝端傳遞過來，故通過對比討論3種均熱板（矩形、V形、圓弧U形）冷凝端的溫度最大值Tmax與蒸發端的溫度最小值Tmin可以判別哪種微結構均熱板傳熱速度的快慢，進而研究均熱板的散熱性能的好壞。
均熱板冷凝端的Tmax越大，其熱源從蒸發端傳至冷凝 端的速度越快，從圖5中可以看出矩形和V形微槽道均熱 板的Tmax很接近，其遠遠大于圓弧U形，說明矩形與V形的熱傳遞速度相近大于圓弧U形；均熱板蒸發端的Tmin越小， 其冷流從冷凝端傳至蒸發端的速度越快，從圖6可以看出矩形和V形微槽道均熱板冷流的Tmin同樣很接近，遠小于U 形，也說明矩形與V形的熱傳遞速度相近且大于圓弧U 形。因此三種微槽道均熱板的熱傳遞速度矩形與V形接近，圓弧U形最差。
傳熱量同樣也是表征均熱板散熱效果好壞的一個參量，圖7表示了3種不同微槽道結構隨時間（從上往下）變化的軸截面溫度云圖，從圖中可以看出這3種結構的溫度云圖均呈梯度式分布，隨著時間的變化，V形槽道均熱板的傳熱量最大，矩形次之，圓弧U形最差。
因此，通過傳熱速度與傳熱量的兩個維度的分析，最終得出V形槽道具有最好的傳熱效果，即V形微槽道均熱板結構具有最好的散熱效果。
3.2 3種微結構均溫性的研究
均溫性對均熱板的好壞具有很大影響，本課題比較了3種不同微槽道結構蒸發端與冷凝端的ΔT，從圖8和圖9中可以看出，圓弧U形微槽道均熱板具有最好的均溫性， 矩形和V形次之。
展開 
RVE，傳熱分析
有RVE建模或傳熱分析經驗或學習資源的朋友請聯系，可有償，謝謝
基于HyperWorks的瞬態熱-固耦合分析 ￥20
前言：HyperWorks具有強大的傳熱分析能力，其操作過程也并不復雜，只需要搞懂一些卡片的設置含義，按照既定的步驟進行操作，就可以實現熱傳遞分析了。本次仿真選擇彎管模型，通過對彎管的一端施加熱源，得到彎管的溫度場隨時間的變化云圖，又由于彎管內積攢的熱能無法在短時間內散出，故會產生熱應力及位移變化，通過仿真后處理可以得到彎管的熱應力分布情況以及隨著時間的變化，彎管內的熱傳遞情況。
一、傳熱分析基本概念
1、熱傳遞方式
熱傳遞共有三種傳遞方式，分別是熱傳導、熱對流和熱輻射。本次仿真中主要用到前兩種熱傳遞方法。
熱傳導是熱量從系統的一部分傳導到另一部分或由一個系統傳導到另一個系統的現象，通常發生在固體中；熱對流是液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環流動使溫度趨于均勻的過程。
2、熱—固耦合分析
熱固耦合的基本思路是先進行熱傳導分析以獲取結構的溫度場，這個溫度場將作為結構分析的載荷的一部分，耦合分析將按照嚴格的順序進行，通常會先進行熱分析，熱分析影響后續的結構分析，而結構分析對熱分析則沒有影響。
3、常用的熱學材料參數
Thermal expansion coeffcient：熱膨脹系數[A]
Thermal conductivity：熱導率[K]
Heat transfer coefficient：熱傳遞系數[H]
Heat capacity at constant pressure：恒定壓力下的熱容量[CP]
二、有限元建模
本次仿真主要關注1、通過熱源加載進行瞬態熱傳遞過程2、自由對流散熱分析3、熱—固耦合時結構內應力及位移情況。通過本次仿真，你可以學到物體隨著時間的推移，由于外部熱輸入和自然冷卻作用下的溫度變化過程，以及結構受熱應力作用下自身的應力及位移變形情況。
展開 轉，穩態傳熱分析
一、穩態傳熱的定義
穩態傳熱用于分析穩定的熱載荷對系統或部件的影響。通常在進行瞬態熱分析以前，進行穩態熱分析用于確定初始溫度分布。
ansys18.2焊接過程分析瞬態熱分析熱應力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
移動熱源通過插件實現
