穩(wěn)態(tài)熱分析的案例
一分鐘了解穩(wěn)態(tài)熱分析&瞬態(tài)熱分析
穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣的形式表示）
式中，[K]為熱傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；{T}為節(jié)點溫度向量；{Q}為節(jié)點熱流率向量，包含熱生成。
穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響。通常在進行瞬態(tài)熱分析之前，進行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。穩(wěn)態(tài)熱分析可以通過有限元計算確定由于穩(wěn)定的熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)。
1.2.瞬態(tài)熱分析
瞬態(tài)傳熱過程是指一個系統(tǒng)的加熱或冷卻過程。在這個過程中，系統(tǒng)的溫度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時間都有明顯的變化。根據(jù)能量守恒定律，瞬態(tài)熱平衡方程可以表達為（以矩陣的形式表示）
式中，[K]為熱傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；{T}為節(jié)點溫度向量；{C}為比熱矩陣，考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加；{dT/dt}為節(jié)點溫度向量對時間的導(dǎo)數(shù)；{Q}為節(jié)點熱流率向量，包含熱生成。
瞬態(tài)傳熱用于計算一個系統(tǒng)隨時間變化的溫度場及其他熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應(yīng)力分析。其基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類似。主要的區(qū)別在于瞬態(tài)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。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躍。
2.單軸直桿穩(wěn)態(tài)熱分析
2.1.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(shè)材料為鋁合金，導(dǎo)熱系數(shù)k=100W/(m°C)，計算直桿的軸向溫度分布。
展開 ANSYS workbench 3D打印頭穩(wěn)態(tài)熱分析 ￥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
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習3D打印頭三維模型的處理
2、學習穩(wěn)態(tài)熱分析步的建立
3、學習穩(wěn)態(tài)熱分析的邊界條件的施加
4、學習穩(wěn)態(tài)熱分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 3D打印頭穩(wěn)態(tài)熱分析。
本案例完整提供了分析相關(guān)的所有分析文件。
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Moldex3D模流分析之如何應(yīng)用熱流道穩(wěn)態(tài)分析改善多模穴成型流動平衡
Moldex3D 針對熱流道系統(tǒng)仿真量身打造的解決方案──熱流道穩(wěn)態(tài)分析(Hot Runner Steady, HRS)，可支持復(fù)雜熱流道和進階熱流道模塊的快速分析，并協(xié)助使用者優(yōu)化多模穴的熱流道設(shè)計，評估該熱流道系統(tǒng)的流動行為，例如流率及流動平衡比。熱流道穩(wěn)態(tài)分析不需模擬模穴內(nèi)流動，即可提升迭代計算效率，達到改善熱流道設(shè)計的目的，因此可大幅減少分析時間。以下將深入說明如何應(yīng)用熱流道穩(wěn)態(tài)分析。
應(yīng)用一：在不須模擬模穴的情況下，使用熱流道穩(wěn)態(tài)分析優(yōu)化熱流道設(shè)計：
步驟1：新增射出成形項目，網(wǎng)格模型必須含有進澆點、模穴與熱流道。雖然熱流道穩(wěn)態(tài)分析會忽略模穴的計算，但使用者仍必須在項目中提供模穴。
注：用戶必須擁有進階熱流道模塊的授權(quán)，才可在計算參數(shù)內(nèi)設(shè)置熱流道穩(wěn)態(tài)功能與啟動相關(guān)計算
步驟2：在計算參數(shù)內(nèi)的熱流道穩(wěn)態(tài)分析下指定入料口流率、收斂精度及各澆口壓力。
注：在CAE模式下，入料口流率的默認值為模穴體積除以填充時間；在機臺模式下，入料口流率的默認值則為模穴體積除以行程時間。
注：熱流道澆口壓力代表該澆口所受到的外部流動阻力(預(yù)設(shè)為0MPa)，建議使用者可先試行一組單模穴分析(不需包含流道系統(tǒng)，只需指定進澆點)，取得澆口壓力結(jié)果后代入熱流道穩(wěn)態(tài)分析的澆口壓力設(shè)定。這種做法可獲得更精確的預(yù)測，并節(jié)省分析時間。
步驟3：于分析順序設(shè)定內(nèi)選擇熱流道穩(wěn)態(tài)分析，開始分析。
步驟4：開啟熱流道穩(wěn)態(tài)結(jié)果記錄文件，檢查各澆口流率與流動平衡比，根據(jù)這兩項結(jié)果進一步修改熱流道幾何與配置，例如更改特定區(qū)域熱流道直徑或流道長度，以獲得更為平衡的流動。
注：熱流道穩(wěn)態(tài)分析提供多種分析結(jié)果，對于此做法來說，較為關(guān)鍵的結(jié)果是流率與流動平衡比
步驟5：修改熱流道設(shè)計后重復(fù)步驟1至4。
展開 穩(wěn)態(tài)熱分析-電路板
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電路板芯片的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析 ￥20
利用穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析方法研究這些芯片所產(chǎn)生的熱量。
2 分析過程
2.1創(chuàng)建分析系統(tǒng)
建立一個與穩(wěn)態(tài)分析相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)熱分析。啟動ANSYS Workbench，從工具箱中，將一個穩(wěn)態(tài)熱系統(tǒng)分析拖到項目示意圖上。隨后將瞬態(tài)熱系統(tǒng)分析拖動到穩(wěn)態(tài)熱系統(tǒng)分析處，使單元格2、3、4和6以紅色突出顯示。
釋放鼠標按鈕，完成穩(wěn)態(tài)分析與瞬態(tài)分析的關(guān)聯(lián)。
2.2 導(dǎo)入幾何模型
在穩(wěn)態(tài)熱分析示意圖中，右擊幾何Geometry，選擇Import Geometry。
2.3 網(wǎng)格劃分
設(shè)置特定的網(wǎng)格方法控制和網(wǎng)格大小來控制和確保良好的網(wǎng)格質(zhì)量。
2.3.1 網(wǎng)格方法：
a．在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Method
b．在工具欄選中Edit> Select All來選擇全部實體
c．在明細欄，把Method設(shè)置成Hex Dominant,Free Face Mesh TypeAll Quad.
2.3.2 元件的網(wǎng)格劃分：
a．在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Sizing
b．首先用Body selection工具欄按鈕，然后按住Ctrl按鈕，單擊15個單獨的Body，選擇除board之外的所有Body。完成選擇主體后，單擊Details視圖中的Apply按鈕。
c．將Element Size從默認值更改為0.0009 m
2.3.3 板的網(wǎng)格劃分
a.在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Sizing
b.單獨選中板實體將Element Size從默認值更改為0.002m.
2.4 加載芯片的熱載荷
板上不斷通電的芯片產(chǎn)生的內(nèi)熱載荷為5e7 W/m3。
用Body選擇的工具欄按鈕，單擊選擇如下所示的芯片。
展開 ANSYS WORKBENCH 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析案例
本案例主要介紹ANSYS Workbench18.0的穩(wěn)態(tài)熱分析模塊，計算實體模型的穩(wěn)態(tài)溫度分布及熱流密度。
學習目標：
熟練掌握ANSYS Workbench18.0的建模方法及穩(wěn)態(tài)熱學分析的方法及過程。
題設(shè)案例：
圓柱形實體模型，實體一端面溫度為500℃，另一端面溫度是22℃，請用ANSYS Workbench分析計算內(nèi)部的溫度場云圖。
1、啟動Workbench18.0并建立分析項目
選擇主界面“Toolbox（工具箱）”中的“Component Systems”—“Geometry（幾何）”命令，即可在“Project Schematic（項目管理區(qū)）”創(chuàng)建分析項目；
2、導(dǎo)入幾何模型
右擊Geometry，在彈出的快捷菜單中選擇“Import Geometry”—“Browse”命令，選擇需要打開的模型源文件，打開即可；
3、創(chuàng)建分析項目
選擇“Toolbox（工具箱）”—“Analysis Systems”命令中的“Steady-State Thermal（穩(wěn)態(tài)熱分析）”，并直接拖拽到項目欄的“Geometry”項中，實現(xiàn)項目數(shù)據(jù)共享。
4、添加材料庫
（1）雙擊項目B中B2欄的“Engineering Data”，進入材料參數(shù)設(shè)置界面；
5、添加模型材料
（1）雙擊B4欄的“Model”項，進入下圖所示的Mechanical界面。
展開 ANSYS Workbench穩(wěn)態(tài)熱輻射分析案例
熱輻射
一、熱輻射特性
1、輻射熱傳遞是通過電磁波傳遞熱能的方法。熱輻射的電磁波波長為0.1~100um。這包括超微波，所有可以用肉眼看到的波長和長波；
2、不像其他熱傳遞方式需要介質(zhì)，輻射在真空中（如外層空間）效率最高；
3、對于半透明體（如玻璃），輻射是三維實體現(xiàn)象，因為輻射從體中發(fā)散出；
4、對于不透明體，輻射主要是平面現(xiàn)象，因為幾乎所有內(nèi)部輻射都被實體吸收了。
5、兩平面間的輻射熱傳遞與他們平面絕對溫度差的四次方成正比，因此，輻射分析是非線性的，需要迭代求解；
二、ANSYS中熱輻射的處理方法
1、ANSYS中關(guān)于輻射的重要假設(shè)
（1）ANSYS認為輻射是平面現(xiàn)象，因此適合用不透明平面建模；
（2）ANSYS不直接計入平面反射率。考慮到效率，假設(shè)平面吸收率和發(fā)射率相等。因此，只有發(fā)射率特性需要在ANSYS輻射分析中定義。
（3）ANSYS不自動計入發(fā)射率的方向特性，也不允許發(fā)射率定義隨波長變化。發(fā)射率可以在某些單元中定義為溫度的函數(shù)。
（4）ANSYS中所有分隔輻射面的介質(zhì)在計算輻射能量交換時都看作是不參與輻射的能量交換（不吸收也不發(fā)射能量）。
2、ANSYS求解方法
ANSYS使用一個簡單的過程求解多個平面輻射問題，矩陣形式如下：
[K’]{T}={Q}
其中，[K’]是的T3函數(shù)。
生成多平面問題系統(tǒng)的矩陣要比前面列出的簡單因子近似方法復(fù)雜。輻射是高度非線性分析，需要使用牛頓-拉夫森迭代求解。
穩(wěn)態(tài)熱輻射分析案例
1.案例介紹
一個螺旋金屬棒內(nèi)側(cè)有個圓柱結(jié)構(gòu)，利用Workbench平臺中的APDL熱輻射命令，分析當螺旋金屬棒有0.5w/m3的損耗密度時，整體結(jié)構(gòu)的熱分布。
展開 Workbench瞬態(tài)熱分析（原創(chuàng)，若轉(zhuǎn)載，請注明出處）
分析類型：瞬態(tài)熱分析
分析平臺：ANSYS Workbench 17.0
分析人：技術(shù)鄰 一無所有就是打拼的理由
研究模型：自定義
一、引言
結(jié)構(gòu)熱分析主要包括熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射，熱分析遵循熱力學第一定律，即能量守恒。傳熱即是熱量傳遞，凡是有溫差存在的地方，必然有熱量的傳遞。傳熱現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中普遍存在，比如食物的加熱，冷卻，有相變存在的蒸發(fā)冷凝換熱等。熱分析類型主要有穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析。穩(wěn)態(tài)熱分析中，我們只關(guān)心物體達到熱平衡狀態(tài)時的熱力條件，而不關(guān)心達到這種狀態(tài)所用的時間。在穩(wěn)態(tài)熱分析中，任意節(jié)點的溫度不隨時間的變化而變化。一般來說，在穩(wěn)態(tài)熱分析中所需要的唯一材料屬性是熱導(dǎo)率。在瞬態(tài)熱分析中，我們只關(guān)心模型的熱力狀態(tài)與時間的函數(shù)關(guān)系，比如對水的加熱過程。在瞬態(tài)熱分析中，需要對材料賦予熱導(dǎo)率，密度，比熱容等材料屬性及初始溫度，求解時間和時間增量這些邊界條件。在裝配體的熱分析中，我們還要考慮到接觸區(qū)域傳熱，由于接觸面可能存在表面粗糙度，接觸壓力等情況存在，導(dǎo)致存在接觸熱阻。接觸面存在兩種傳熱方式，一種是附體間的熱傳遞，另一種是通過空隙層的熱傳導(dǎo)，但因為氣體的熱導(dǎo)率比較低，所以接觸熱阻不利于傳熱。由于鋼球散熱與時間有關(guān)，我們選擇瞬態(tài)熱分析進行鋼球的散熱分析。
二、分析思路及流程
在分析中，我們忽略空氣的流動。先進行穩(wěn)態(tài)熱分析，獲得瞬態(tài)熱分析的初始條件，然后將其傳遞到瞬態(tài)熱分析中；在瞬態(tài)熱分析中添加空氣對流換熱，來求解隨時間變化的溫度場。
展開 穩(wěn)態(tài)熱分析-子模型的使用
分析類型：穩(wěn)態(tài)熱分析-子模型應(yīng)用
分析軟件：ansys workbench
技術(shù)難點：子模型的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：子模型
分析人：技術(shù)鄰-異色天空
代做業(yè)務(wù)：ansys workbench結(jié)構(gòu)分析、動力分析、熱分析等
背景：填充石墨對模型溫度場的影響
本次模擬主要說明子模型的使用
Ansys 案例研究 | 筆記本電腦穩(wěn)態(tài)熱分析
演示了對筆記本電腦進行穩(wěn)態(tài)熱分析的流程。其中涵蓋了對流、溫度相關(guān)導(dǎo)熱系數(shù)、接觸熱導(dǎo)以及內(nèi)部熱源的使用方法。
Abaqus穩(wěn)態(tài)熱分析實例
模型尺寸如下圖所示，
熱傳導(dǎo)系數(shù) = 52 W/m/°C比熱= 434 J/kg/°C
密度 = 7832 kg/m3
對流換熱系數(shù) = 750 W/m2/°C
邊界條件:
AB邊溫度 q = 100°C （固定溫度）熱流 DA= 0（絕熱邊）
BC 和 CD 邊與周圍介質(zhì)對流換熱周圍介質(zhì)溫度為0°C
本例采用國際單位制。E點理論計算結(jié)果為18.3度，下面使用Abaqus來計算并驗證。
首先創(chuàng)建2D、shell的幾何模型，其次是材料參數(shù)的設(shè)置，與靜力分析不同，熱傳導(dǎo)需要設(shè)置熱傳導(dǎo)系數(shù)，在Mechanical>Conductivity里輸入52。本例是穩(wěn)態(tài)熱分析，因此只需要這一個參數(shù)，若為瞬態(tài)熱分析，則還需要比熱以及密度值。
其次進行分析步設(shè)置，這一步與靜力分析也有所不同，選擇Gerneal>Heat Transfer作為分析步。默認的為瞬態(tài)響應(yīng)，這里選擇穩(wěn)態(tài)分析，同靜力分析一樣，這里的時間1沒有真實含義，保持默認。增量步設(shè)置與靜力分析一樣。
邊界條件由默認的Mechanical改為Other，選擇溫度。選擇模型最下面的邊，這里定義為bottom集，給予100度的溫度。
下面設(shè)置模型與周圍空氣的對流。模型右面的邊（side）與上面的邊（top）與周圍環(huán)境發(fā)生熱交換，對流系數(shù)為750，Sink temperature為周圍環(huán)境的溫度，這里給0。
Mesh模塊中，需要將單元族改為Heat Transfer，確認使用的是DC2D4單元。至此，熱分析的設(shè)置已經(jīng)完成。可以提交計算。在后處理中查詢右邊界從下網(wǎng)上0.2m處的溫度值為18.4151，與理論計算結(jié)果18.3相差不大。右圖為對模型網(wǎng)格加密的結(jié)果，顯示溫度值為18.29，接近理論解。
abaqus穩(wěn)態(tài)傳熱分析實例.pdf
展開 Workbench案例3-PCB電路板芯片熱分析
穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析用于研究由這些芯片產(chǎn)生的熱量引起的溫度變化。
操作步驟
創(chuàng)建穩(wěn)態(tài)熱分析項目：Steady-State-Thermal；
在穩(wěn)態(tài)分析項目之后，創(chuàng)建一個瞬態(tài)熱分析項目，并于穩(wěn)態(tài)熱分析項目連接；連接方式如圖所示：
導(dǎo)入幾何模型：導(dǎo)入PCB板的幾何模型X_T格式；切換單位制為：Metric（m,kg,N,s,V,A）
網(wǎng)格劃分：設(shè)置網(wǎng)格劃分方式為Multi Zone；
設(shè)置Sizing：選擇初PCB板之外的其他15個元件，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為：0.0009m；
設(shè)置Sizing：選擇PCB板，設(shè)置單元尺寸大小為：0.002m；如圖所示：
設(shè)置邊界條件：
設(shè)置發(fā)熱芯片的發(fā)熱量：Internal heat generation 大小為：5e7W/m3；芯片位置如圖所示：
設(shè)置熱傳導(dǎo)Convection：選擇所有的幾何模型；在Film Coefficient欄右鍵，選擇Import Temperature Dependent，如圖所示：
選擇Stagnant Air-Simplified Case；如圖所示：
5.求解&查看結(jié)果：查看穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果的PCB板及元件溫度場如圖所示：
現(xiàn)在已完成穩(wěn)態(tài)熱分析，這是總體目標的第一部分；對于本案例，將在其余步驟中執(zhí)行瞬態(tài)熱分析。
準備瞬態(tài)熱分析時需要注意的事項：
? 如果突出顯示瞬態(tài)熱對象下的初始溫度對象，會注意到在詳細信息視圖中，只讀顯示初始溫度和初始溫度環(huán)境。一般來說，初始溫度可以是：– 統(tǒng)一溫度：可以在其中指定結(jié)構(gòu)中所有物體的溫度=0，或 – 非均勻溫度：（如本例所示）在其中導(dǎo)入溫度規(guī)范 在時間=0 時，來自穩(wěn)態(tài)分析。
? 初始溫度環(huán)境來自您剛剛執(zhí)行的穩(wěn)態(tài)熱分析。
展開 轉(zhuǎn)，穩(wěn)態(tài)傳熱分析
一、穩(wěn)態(tài)傳熱的定義
穩(wěn)態(tài)傳熱用于分析穩(wěn)定的熱載荷對系統(tǒng)或部件的影響。通常在進行瞬態(tài)熱分析以前，進行穩(wěn)態(tài)熱分析用于確定初始溫度分布。
《ANSYS 8.0熱分析教程與實例解析（含光盤） 》
第一篇 ANSYS 8.0熱分析基本教程
第1章 ANSYS 8.0熱分析簡介
1.1 概述
1.2 ANSYS 8.0熱分析基本原理
1.3 ANSYS 8.0耦合場分析
第2章 ANSYS 8.0熱分析基礎(chǔ)知識
2.1 熱分析符號與單位
2.2 傳熱學經(jīng)典理論
2.3 三種基本熱傳遞方式
2.3.1 熱傳導(dǎo)
2.3.2 對流
2.3.3 輻射
2.4 熱分析材料基本屬性
2.4.1 比熱容(Specific Heat)
2.4.2 焓(Enthalpy)
2.4.3 生熱率(Heat Generation Rate)
2.5 邊界條件與初始條件
2.5.1 三類邊界條件
2.5.2 初始條件
2.6 熱載荷
2.7 穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析
2.7.1 穩(wěn)態(tài)傳熱
2.7.2 瞬態(tài)傳熱
2.8 線性與非線性熱分析
第3章 穩(wěn)態(tài)熱分析
3.1 穩(wěn)態(tài)熱分析的應(yīng)用
3.2 熱分析單元
3.3 穩(wěn)態(tài)熱分析基本步驟
3.3.1 建立有限元模型
3.3.2 施加載荷
3.3.3 求解
3.3.4 后處理
第4章 瞬態(tài)熱分析
4.1 瞬態(tài)熱分析的應(yīng)用
4.2 瞬態(tài)熱分析單元
4.3 瞬態(tài)熱分析基本步驟
4.3.1 建立有限元模型
4.3.2 施加載荷計算
4.3.3 求解
4.3.4 后處理
第5章 輻射
5.1 輻射熱分析的應(yīng)用
5.2 輻射熱分析常用單元
5.3 輻射熱分析基本概念
5.3.1 黑體
5.3.2 灰體
5.3.3 角系數(shù)
5.4 熱輻射公式
5.4.1 角系數(shù)的計算
5.4.2 熱輻射計算方程
5.5 輻射熱分析求解方法
5.5.1 非隱藏法與隱藏法
5.5.2 點-點問題
5.5.3 點-面問題
5.5.4 面一面問題及AUXl2矩陣生成器
5.6 空間節(jié)點的使用
第6章 相變分析
6.1 相變分析簡介
6.2 相變分析應(yīng)注意的問題
第7章 熱應(yīng)力分析
7.1 熱應(yīng)力分析簡介
展開 