CH3稳态热传递.PPT

第 3 章 稳态热传递(没有热质量交换) 稳态热传递 如果热能流动不随时间变化的话，热传递就称为是稳态的。 由于热能流动不随时间变化, 系统的温度和热载荷也都不随时间变化。 由热力学第一定律，稳态热平衡可以表示为: 输入的能量— 输出的能量 = 0 稳态热传递控制方程 对于稳态热传递，表示热平衡的微分方程为: 热载荷和边界条件的类型 温度 自由度约束，将确定的温度施加到模型的特定区域。 均匀温度 可以施加到所有结点上，不是一种温度约束。一般只用于施加初始温度而非约束，在稳态或瞬态分析的第一个子步施加在所有结点上。它也可以用于在非线性分析中估计随温度变化材料特性的初值。 热流率 是集中结点载荷。正的热流率表示能量流入模型。热流率同样可以施加在关键点上。这种载荷通常用于对流和热流不能施加的情况下。施加该载荷到热传导率有很大差距的区域上时应注意。 热载荷和边界条件的类型 对流 施加在模型外表面上的面载荷，模拟平面和周围流体之间的热量交换。 热流 同样是面载荷。使用在通过面的热流率已知的情况下。正的热流值表示热流输入模型。 热生成率 作为体载荷施加，代表体内生成的热，单位是单位体积内的热流率。 热载荷和边界条件的类型 ANSYS 热载荷分为四大类: 1. DOF 约束 - 指定的 DOF (温度) 数值 2. 集中载荷 - 集中载荷(热流)施加在点上 3. 面载荷 -在面上的分布载荷(对流,热流) 4. 体载荷 - 体积或区域载荷 热载荷和边界条件的类型 热载荷和边界条件的类型 热载荷和边界条件注意事项 在 ANSYS中, 没有施加载荷的边界作为完全绝热处理。 对称边界条件的施加是使边界绝热得到的。 如果模型某一区域的温度已知，就可以固定为该数值。 响应热流率只在固定温度自由度时使用。 热分析样板 建立模型 指定分析名称和工作文件名。 如果需要，记录单位制。 进入前处理器 定义单元类型，检查基本设置。 如果需要，定义实参。 定义材料特性。 生成或导入模型。 划分网格。 热分析样板 求解器 定义分析类型，检查分析选项。 施加载荷和边界条件。 指定载荷步选项。 执行求解。 热分析样板 查看结果 进入通用处理器和/或时序后处理器。 使用列表, 绘图, 等查看结果。 查看误差估计。 验证求解。 GUI 和 ANSYS 命令 ANSYS 是命令驱动程序。 ANSYS 命令可以手工输入，或用GUI(Graphical User Interface)输入或两种方法混用。 GUI提供了一种和ANSYS交流的简单的方法。 GUI根据用户操作自动生成ANSYS命令。 GUI 和 ANSYS 命令 查看ANSYS输出窗口中命令执行和文字输出。 稳态热传递例题说明 分析过程中的每一步使用简单的例子说明。 稳态热传递例题说明 例题描述: 热气体的温度是600 °F。内部的对流热交换系数是0.40 BTU/hr-in2-°F。 外部大气温度是100 °F。外部的对流热交换系数为0.025 BTU/hr-in2-°F。 每个肋骨端部热流为 -20 BTU/in2 。 分析目标: 分析其中最小的循环部分，要求得到如下结果: 1) 温度场分布。 2) 肋骨上下端面的对流热耗散。 稳态热传递例题说明 下面是一个截面。 稳态热传递例题说明 稳态热传递例题说明 稳态热传递例题的指导说明: 使用最小的可循环部分求解下列问题: 钢管/肋骨中的温度场分布 钢管/肋骨的对流热损耗 绘出钢管/肋骨面上的温度变化情况。 使用轴对称的PLANE55单元划分网格。 在钢管内荆使用带有附加结点的平面效果单元SURF151。 假设为恒定的，各向同性的材料特性。 没有随温度变化的特性。 建模 热分析的第一阶段包括建模和划分网格。 在本部分，我们要: 指定文件名和标题。 记录使用的单位。 进入前处理器 定义单元类型和基本选项。 查看实参定义。 定义材料特性。 生成几何模型。 划分网格。 建模设置GUI的菜单过滤选项 使用界面选项激活GUI菜单过滤; 只有与热分析有关的菜单项可以显示和使用。如果不设置，所有的菜单都可以看到并使用。 建模指定文件名 定义单独的文件名与其他分析题目区别开来。所有文件名将为jobname.ext，除了.log和.err文件是初始文件的jobname.log 和 .err。 建模指定标题 为分析指定一个描述性的标题。标题将打印在图形的底部，并在载荷步文件和结果文件中显示。 建模 单位 使用/UNITS命令记录分析中使用的单位制。 建模 单位 如要获得/UNITS命令的更多说明，请使用线上文档。 建模 单位 建模 现在，我们准