【2017年整理】ANSYS热分析-表面效应单元.doc

ANSYS热分析指南(第五章) 第五章 表面效应单元 5.1简介 表面效应单元类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。它利用实体表面的节点形成单元。因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。 ANSYS 5.7中热分析专用表面效应单元为SURF151(2-D)以及SRUF152(3-D)。有关单元的详细描述请参阅《ANSYS Element Reference》。 5.2表面效应单元在热分析中的应用 利用表面效应单元可更加灵活地定义表面热载荷： 当热流密度和热对流边界条件同时施加于同一表面时，必须将其中一个施加于实体单元表面，另一个施加在表面效应单元。建议将热对流边界施加于表面效应单元。 可将热对流边界条件中的流体温度施加于孤立节点上，将对流系数施加于表面单元，这样，可更灵活地控制对流载荷。 当对流系数随温度变化时，表面效应单元可提供设置计算对流系数的选项。 表面效应单元还可以用于模拟点与面的辐射传热。 5.3表面效应单元的有关热分析设置选项 SURF151是单元可用于多种载荷和表面效应的应用。可以覆盖在任何二维热实体单元的表面(除轴对称谐波单元PLANE75和PLANE78外)。该单元可用于二维热分析，多种载荷和表面效应可以同时存在。SURF151单元有2到4个节点，如考虑对流传热和辐射的影响需要定义一个外部节点。传热量和热对流量以表面载荷的形式施加在单元上。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。 SURF152是三维热表面效应单元，可用于多种载荷和表面效应的应用。它可以覆盖在任何三维热单元的表面，该单元可用于三维热分析。该单元中多种载荷和表面效应可以同时存在。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。 选定单元： 命令：ET GUI： Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteOptions 分析设置选项： 中间节点： Include： keyopt(4)=0 Exclude：keyopt(4)=1 如果实体单元为带中间节点的单元，如Solid90，则设为Include，否则为Exclude。 是否有孤立节点： Exclude： Keyopt(5)=0 Include：Keyopt(5)=1 如果在表面效应单元上施加热流密度，则为Exclude；如果在表面效应单元上施加热对流，则可为Exclude，也可为Include。如果有孤立节点，则对流系数施加在表面效应单元上，流体温度施加在孤立节点上。如果无孤立节点，则对流系数和流体温度都施加在表面效应单元上。 热流密度或对流边界条件： 忽略热流密度和对流边界条件：Keyopt(8)=0 施加热流密度，忽略对流：Keyopt(8)=1 根据平均温度（壁面与流体）(TS＋TB)/2，计算对流系数：Keyopt(8)=2 根据固体表面温度TS，计算对流系数：Keyopt(8)=3 根据流体温度TB，计算对流系数：Keyopt(8)=4 根据固体表面与流体温差｜TB-TS｜，计算对流系数：Keyopt(8)=5 是否考虑辐射，选择Exclude　radiation： Keyopt(9)= 设置单元行为： Plane：Keyopt(8)=4 Axisymmetric：Keyopt(8)=4 Plane with thickness：Keyopt(8)=4 图5-1面效应单元的选项设置 5.4表面效应单元的实常数 使用表面效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义实常数。面内厚度在表面效应单元的每个角节点默认为1。只有当生热载荷施加于表面效应单元时，厚度才有作用，因为生热基于单元体积。其它实常数，在辐射热分析或结构分析时设置。 5.5表面效应单元的材料属性 使用表面效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义材料属性，但有一例外：对流系数随温度变化时，最好单独设定一材料编号，定义材料的对流系数随温度变化的表。在表面单元上施加对流边界时输入负号及材料编号。例如“-3”。其它材料属性在辐射或结构分析时设置。 5.6创建无孤立节点的表面效应单元 划分实体网格 设定表面效应单元的属性 GUI：MainMenuPreprocessorMeshing AttributesDefault Attribs 一般无需设定表面效应单元的材料编号，但为了选择、加载及后处理方便，最好为每组表面单元设置一个唯一的材料编号。 生成表面单元 第一种方法：直接在相应的线或面上生成网格： GUI：MainMenuPreprocessor MeshingMesh Lines/Area 第二种方法： 选择要生成表面效应单元的边（2D）或面（3D）及所属节点； 设定表面效应单元的属性（T