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ANSYS瞬态热分析教程和实例

汇报人:AA

2024-01-19

目录

CONTENTS

瞬态热分析概述

ANSYS瞬态热分析基础

ANSYS瞬态热分析建模

加载与求解

结果后处理与可视化

实例分析:电子设备散热问题

总结与展望

01

瞬态热分析概述

瞬态热分析

研究物体在随时间变化的热载荷作用下的温度场和热应力场的变化规律。

与稳态热分析的区别

瞬态热分析考虑时间因素对温度场的影响,而稳态热分析则不考虑时间因素。

电子设备散热设计

航空航天领域

汽车工业

用于预测电子设备在瞬态热载荷下的温度分布和热应力,指导散热设计。

用于分析飞行器在高速飞行过程中的瞬态热响应,确保飞行安全。

用于研究发动机、刹车系统等部件在瞬态热载荷下的性能表现。

01

02

03

04

强大的求解器

丰富的材料库

多物理场耦合分析

先进的网格技术

ANSYS提供高效的求解器,能够处理复杂的瞬态热分析问题。

ANSYS内置丰富的材料库,支持用户自定义材料属性,提高模拟的准确性。

ANSYS提供先进的网格技术,能够生成高质量的网格,提高计算精度和效率。

ANSYS支持多物理场耦合分析,能够考虑热、力、电等多物理场之间的相互作用。

02

ANSYS瞬态热分析基础

描述物体内部温度分布与热流密度、热物性参数及时间关系的偏微分方程。

热传导方程

确定物体边界上的温度或热流密度分布,是求解热传导方程的必要条件。

边界条件

给出物体在初始时刻的温度分布,是瞬态热分析的基础。

初始条件

1

2

3

4

有限元法

单元刚度矩阵与总体刚度矩阵

网格划分

时间积分方案

将连续的物理问题离散化,通过求解有限个离散点的数值解来逼近原问题的解析解。

将求解域划分为有限个互不重叠的子域,每个子域内的温度分布用形函数近似表示。

根据能量原理或加权余量法建立单元刚度矩阵,并组装成总体刚度矩阵。

采用合适的时间积分方案,如向后差分法、Newmark法等,对时间域进行离散化处理。

建立模型

网格划分

加载求解

后处理

对模型进行网格划分,选择合适的单元类型和网格密度。

在ANSYS中建立几何模型,定义材料属性、边界条件和初始条件等。

查看温度场、热流密度、热梯度等结果,进行数据处理和可视化展示。

施加瞬态热载荷,设置求解时间和时间步长,进行瞬态热分析求解。

03

ANSYS瞬态热分析建模

选择合适的建模方式

在ANSYS中,可以通过直接建模、导入外部CAD模型或使用参数化建模等方式建立几何模型。

03

定义材料方向

对于各向异性材料,需要定义材料的方向,以便正确计算热传导过程。

01

选择材料模型

根据实际问题需求,选择合适的材料模型,如各向同性、各向异性、非线性等。

02

输入材料参数

输入材料的热物性参数,如导热系数、比热容、密度等。这些参数可以通过实验测量或查阅相关文献获得。

选择网格类型

01

根据模型的特点和计算精度要求,选择合适的网格类型,如结构化网格、非结构化网格等。

定义网格尺寸

02

根据模型的几何尺寸和计算精度要求,定义合适的网格尺寸。较小的网格尺寸可以提高计算精度,但会增加计算时间和资源消耗。

划分网格

03

使用ANSYS的网格划分工具对模型进行网格划分。在划分过程中,可以检查网格质量并进行必要的调整,以确保计算结果的准确性和稳定性。

04

加载与求解

在进行瞬态热分析前,需要定义材料的热物理属性,如导热系数、比热容、密度等。这些属性可以在ANSYS的材料库中选择或自定义输入。

在分析开始时,需要为模型施加一个初始温度场。可以通过定义全局初始温度或局部初始温度来实现。

施加初始温度

定义材料属性

热流密度

在模型的边界上施加热流密度,表示单位面积上的热量流入或流出。可以通过定义恒定的热流密度或随时间变化的热流密度来实现。

温度边界条件

在模型的边界上施加温度边界条件,表示该处的温度值。可以通过定义恒定的温度值或随时间变化的温度值来实现。

对流边界条件

在模型的边界上施加对流边界条件,表示流体与固体之间的热量交换。需要定义流体的温度、对流系数以及固体表面的形状和大小。

1

2

3

求解器设置

时间步长

收敛准则

在进行瞬态热分析时,需要设置合适的时间步长。时间步长的大小会影响计算的精度和效率,需要根据实际情况进行调整。

ANSYS提供了多种求解器供用户选择,如直接求解器、迭代求解器等。需要根据问题的特点和计算机的性能选择合适的求解器。

在求解过程中,需要设置合适的收敛准则来判断计算是否达到预定的精度要求。收敛准则的设置会影响计算的精度和效率,需要根据实际情况进行调整。

05

结果后处理与可视化

热流矢量图

通过绘制热流矢量图,可以清晰地展示热流的方向和大小,有助于分析热量的传递路径。

热流密度云图

生成热流密度云图,可以直观地了解模型各部分的热流密度分布情况。

热流

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