ANSYS热分析指南

第一章简介

一、热分析的目的

热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。

热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。

二、ANSYS的热分析

?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中

ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。

?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。

?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。

三、ANSYS 热分析分类

?稳态传热：系统的温度场不随时间变化

?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化

四、耦合分析

?热－结构耦合

?热－流体耦合

?热－电耦合

?热－磁耦合

?热－电－磁－结构耦合等

第二章 基础知识

一、符号与单位

W/m 2-℃ 二、传热学经典理论回顾

热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律:

●

对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕

式中: Q —— 热量;

W —— 作功;

?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能；

● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ?=；

●

对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ●

对于瞬态热分析：dt

dU

q =

，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式

1、热传导

热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx

dT

k

q -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。

2、热对流

热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量