有限元技术在热分析中应用.ppt

有限元技术在热分析中的应用 元计算公司专家指出：热分析用于计算一个系统或者部件的温度分布及其他物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量）等。 　　采用有限元方法进行热分析计算，一般采用能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算物体内部各节点的温度，并导出其他热物理参数。一般的有限元热分析软件可以进行热传导、热对流、热辐射等问题的分析求解。 热分析常用的三类边界条件 　　第一类边界条件：物体边界上的温度函数已知； 　　第二类边界条件：物体边界上的热流密度已知； 　　第三类边界条件：与物体相接触的流体介质的温度和换热系数已知。 　　初始条件：传热过程开始时，物体在整个区域中所具有的温度为已知值。 　　热传导：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。当物体内部存在温差，即存在温度梯度时，热量从物体的高温部分传递到低温部分；而且不同温度的物体相互接触时热量会从高温物体传递到低温物体。 　　热传导计算公式（为导热系数）： 热分析的三种热传递方式 　　热对流：由于流体的宏观运动，从而流体的各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热传递过程。固体的表面与它周围接触的液体或气体（统称流体）之间，由于温差引起热量交换。 　　对流换热计算公式： 　　高温物体表面常常发生对流现象，这是因为高温物体表面附近的空气因受热而膨胀，密度降低并向上流动。与此同时，密度较大的冷空气下降并代替原来的受热空气。 　　热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。 　　热辐射：一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换。热辐射是物体发射电磁能，并被其他物体吸收转变为热能的热量交换过程。物体温度越高，单位时间辐射的热量越多。热传导和热辐射均需要有传热介质，而热辐射无须任何介质。 热分析类型 　　稳态热分析：如果系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度都不随时间变化。 　　瞬态热分析：瞬态传热过程一般是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中，系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。 　　另外，热分析还分析线性及非线性传热分析，如果材料热性能或边界条件随温度变化，或者是考虑辐射传热等都会使得热分析成为非线性分析。 Thank you