三维热传导问题温度场分布数值分析2.ppt

三维热传导问题温度场分布的数值分析 题目： 三维热传导问题温度场分布的数值分析 报告组别：第一组 三维热传导问题温度场分布的数值分析 方法简介 具体内容 应用实例 影响条件 三维热传导问题温度场分布的数值分析 方法简介 分析解法：数学分析严谨，只有少数几何形状和边界条件都比较简单的导热问题才能精确地分析求解 数值解法：运用计算机辅助工程技术CAE，求解复杂传热问题，应用范围广、解题速度快、精确度高 实验方法：费用高、时间长、不易重复 数值分析解法 有限单元法（ABAQUS、ANSYS、MRAC） 有限差分法（FLAC/FLAC3D） 有限体积法（CFD） 边界元法（Fortran、C语言、Matlab） ANSYS ANSYS 软件是第一个通过 ISO9001 质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME） 、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用。 ANSYS(Steady-State Thermal稳态热分析) 结构分析与热分析的类比 热分析符号及单位 ANSYS14.5 三维稳态热传导数值分析—圆柱体的稳态传热 问题：圆柱体，直径为0.1 m，长为1 m,上方施加100 ℃的温度载荷，下端面温度为0 ℃ ，研究圆柱体内部温度场的分布。（假设圆柱体和外界无热交换）。材料为钢，它的热传导系数为 30w/m.℃（22℃时）。见图 1。 图1 　计算模型三维结构示意图 Fig. 1 3-D structure sketch map of calculation model 解题步骤 1. 选择稳态热分析系统。 2. 确定材料参数：稳态传热问题，仅输入热传导系数。 3. 【DesignMdoler】建立几何模型：考虑对称性，建立 1/8 圆柱体。 4. 进入【Mechanical】分析程序。 5. 网格划分：采用系统默认网格。 6. 施加边界条件：圆柱体对称面无热量交换，为绝热边界，系统默认无需输入，圆柱体其它外表面输入温度。 7. 设置需要的结果：温度分布。 8. 求解及结果显示。 生成草图 建成模型 网格划分 网格离散的单元类型为六面体，网格划分的节点数为1376，单元数为253。 网格划分类型根据算法可以分为：协调分片算法【Patch Conforming】和独立分片算法【Patch Independent】 。 网格划分类型根据单元形状可以分为：四面体网格【Tet Meshing】 ，六面体网格【Hex Meshing】 ，四边形网格【Quad Meshing】 ，三角形网格【Triangle Meshing】 。 1. 【Automatic】：程序自动划分网格 2. 【Tetrahedrons】：采用四面体单元划分。 3. 【Hex Dominant】 ： 主要采用六面体单元划分， 但是包含少量金字塔单元和四面体单元 。 4. 【Sweep】：扫掠划分，可以扫掠的实体划分后具有的是六面体单元，也可能包含楔形单元，其他实体采用四面体单元划分，扫掠划分要求实体在某一方向上具有相同的拓扑结构。 5. 【Multizone】：多重区域网格划分自动对几何体进行分解成映射区域和自由区域，可以自动判断区域并生成纯六面体网格，对不满足条件的区域采用更好的非结构网格划分，多重区域网格划分和扫掠网格划分相似，但更适合于用扫掠方法不能分解的几何体 6. 【CFX-Mesh】：采用流体网格CFX划分实体 总体来说，对于空间物体而言，我们应当尽量使用六面体网格。 当对象是一个简单的规则体时，使用扫掠网格划分是合适的； 当对象是对个简单的规则体组成时，使用多域扫掠网格划分是合适的； 接着尽量使用六面体主导的方式，它会在外层形成六面体网格，而在心部填充四面体网格。 四面体网格是最后的选择。其中如果要忽略一些小细节，如倒角，小孔等，则使用patch independent算法; 如果要要考虑一些小细节，则使用patch conforming算法。 至于自动网格划分，是最傻瓜化的方式，一般对于初学者适用。 施加上表面温度100°C（下表面0°C同理） 施加边界条件 施加上表面温度100°C 施加边界条件 施加下表面温度 0°C 运用ANSYS对圆柱体进行热分析的步骤如下： （1）按照圆柱体的实际几何尺寸,建立圆柱