Ansys热析教程_第二章.ppt

第2章 基本概念 热传导基础符号 下列符号在全文中的意义如下： 热传导基础ANSYS中标准单位 ( 英制 ) 温度 热流量 热传导率 密度 比热 对流换热系数 热流 温度梯度 内部热生成 Degrees F BTU / hr BTU / ( hr - inch - degree F ) lbm / ( inch3 ) BTU / ( lbm - degree F ) BTU / ( hr - inch2 - degree F ) BTU / ( hr - inch2 ) degree F / inch BTU / ( hr - inch3 ) 热传导基础ANSYS中标准单位 ( 国际单位制 ) 温度 热流量 热传导率 密度 比热 对流换热系数 热流 温度梯度 内部热生成 Degrees C ( or K ) Watts Watts/ ( meter - degree C ) kilogram/ ( meter3 ) ( Watt-sec ) / ( kilogram-degree C) Watt/ ( meter2 - degree C ) Watt/ ( meter2 ) degree C / meter Watt/ ( meter3 ) 热传导基础热传递的类型 热传递有三种基本类型: 传导 - 两个良好接触的物体之间的能量交换或一个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。 对流 - 在物体和周围介质之间发生的热交换。 辐射 - 一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换。 在绝大多数情况下，我们分析的热传导问题都带有对流和/或辐射边界条件。 热传导基础传导 传导的热流由传导的傅立叶定律决定： 负号表示热沿梯度的反向流动 (例如, 热从热的部分流向冷的). 热传导基础对流 对流的热流由冷却的牛顿准则得出: 对流一般作为面边界条件施加 热传导基础辐射 从平面 i 到平面 j 的辐射热流由施蒂芬-玻斯曼定律得出: 在ANSYS中将辐射按平面现象处理(i.e., 体都假设为不透明的)。 热传导基础热力学第一定律 能量守恒要求系统的能量改变与系统边界处传递的热和功数值相等。 能量守恒在一个短的时间增量下可以表示为方程形式 将其应用到一个微元体上，就可以得到热传导的控制微分方程。 热传导基础控制微分方程 热传导的控制微分方程 热传导基础有限元方法 将控制微分方程转化为等小的积分形式( 参阅ANSYS理论手册第6.1 节 )。 热传导基础有限元方法 ( 续 ) 将区域分解(也称“划分”) 为简单的形状; 2-D模型中的四边形和/或三角形, 3-D模型中的四面体，金字塔形或六面体。 热传导基础有限元热分析的基本特点 求解连续性 温度在一个单元内和单元边界上是连续的（即，单值的） 温度剃度和热通量在一个单元内是连续的，在单元边界上是不连续的 能量平衡在每个节点上都能够满足，因为基本方程就表示了节点能量平衡。 由于热传导的傅立叶定律用于推导基本方程并用于从单元温度梯度中求解单元热通量，因而自然得到满足。 热传导基础有限元热分析的基本特点 ( 续 ) 一般来说，稳态分析中网格上结点温度比实际温度要低。也就是说，如果加密网格，温度将增加，但加密到一定程度，结果将不显著增加(也就是说, 结果收敛)。 热传导基础有限元热分析的基本特点 ( 续 ) 引起奇异性的原因 整体求解的奇异性 在稳态分析中当有热量输入(比如, 施加结点热流，热流，内部热源)而无热流流出(指定的结点温度，对流载荷等)，稳态的温度将是无限大的。 等同于结构分析中的刚体位移。 温度梯度/热流奇异性 如果对点热源处的网格细分下去的话，梯度/热流将无限增加。 凹角和网格中的“裂缝”。 形状不好的单元。 热传导基础误差估计 实际上任何产生不连续热通量区域的有限元模型都是有误差的。在单元边界上的热通量不连续的大小将作为ANSYS误差估计的基础。 网格划分误差估计一般用于实体和壳单元，而且单元所在区域的单元类型是相同的（具有共同的特性），热通量在该区域中也就是连续的。 在ANSYS理论手册中对误差的计算有详细的叙述 热传导基础ANSYS 误差估计 ANSYS 计算了几个数值，可以用来评估网格划分误差。误差计算可以用于线性和非线性的稳态分析，在通用后处理器- POST1中进行（Full Graphics设置为ON）。 ANSYS中的网格划分误差度量功能: TEPC – 能量范数百分误差，表示由于特定的网格划分而引起的相对误差。要想知道应该在什么地方细化网格，可绘制TERR（详见下面描述） TERR - 估计选定单元中的热耗散能。单位是能量单位，比如, BTU, 焦耳等