有限元熱分析

2013-08-14 by:設(shè)計分析培訓(xùn)中心來源:仿真在線

有限元熱分析

1、熱分析的目的

熱分析用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù),如熱量的獲取或損失,熱梯度,熱流密度(熱通量〕等.

熱分析在許多工程應(yīng)用中扮演重要角色,如內(nèi)燃機(jī),換熱器,管路系統(tǒng),電子元件等.

2、ANSYS的熱分析

在ANSYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical,ANSYS/Thermal,ANSYS/FLOTRAN,ANSYS/ED五種產(chǎn)品中包含熱分析功能.

·_ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程,用有限元法計算各節(jié)點(diǎn)的溫度,并導(dǎo)出其它熱物理參數(shù).

·_ANSYS熱分析包括熱傳導(dǎo),熱對流及熱輻射三種熱傳遞方式.此外,還可以分析相變,有內(nèi)熱源,接觸熱阻等問題.

3、ANSYS的熱分析分類

穩(wěn)態(tài)傳熱:系統(tǒng)的溫度場不隨時間變化

瞬態(tài)傳熱:系統(tǒng)的溫度場隨時間明顯變化

4、與熱有關(guān)的耦合分析

熱-結(jié)構(gòu)耦合

熱-流體耦合

熱-電耦合

熱-磁耦合

熱-電-磁-結(jié)構(gòu)耦合等

熱傳遞的方式
1,熱傳導(dǎo)
熱傳導(dǎo)可以定義為完全接觸的兩個物體之間或一個物體的不同部分之間由于溫度梯度而引起的內(nèi)能的交換.熱傳導(dǎo)遵循付里葉定律:qn=-k*(dT/dx),式中qn為熱流密度(W/m2),k為導(dǎo)熱系數(shù)(W/m-℃),"-"表示熱量流向溫度降低的方向.
2,熱對流
熱對流是指固體的表面與它周圍接觸的流體之間,由于溫差的存在引起的熱量的交換.熱對流可以分為兩類:自然對流和強(qiáng)制對流.熱對流用牛頓冷卻方程來描述: qn= h*(TS-TB),式中h為對流換熱系數(shù)(或稱膜傳熱系數(shù),給熱系數(shù),膜系數(shù)等), TS為固體表面的溫度, TB為周圍流體的溫度.
3,熱輻射
熱輻射指物體發(fā)射電磁能,并被其它物體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬臒崃拷粨Q過程.物體溫度越高,單位時間輻射的熱量越多.熱傳導(dǎo)和熱對流都需要有傳熱介質(zhì),而熱輻射無須任何介質(zhì).實(shí)質(zhì)上,在真空中的熱輻射效率最高.
在工程中通?？紤]兩個或兩個以上物體之間的輻射,系統(tǒng)中每個物體同時輻射并吸收熱量.它們之間的凈熱量傳遞可以用斯蒂芬—波爾茲曼方程來計算:q=εσA1F12(T14-T24),式中q為熱流率, ε為輻射率(黑度), σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù),約為5.67×10-8W/m2.K4,A1為輻射面1的面積,F12為由輻射面1到輻射面2的形狀系數(shù),T1為輻射面1的絕對溫度,T2為輻射面2的絕對溫度.由上式可以看出,包含熱輻射的熱分析是高度非線性的.

熱分析(thermal analysis,TA)是指用熱力學(xué)參數(shù)或物理參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系進(jìn)行分析的方法。國際熱分析協(xié)會(International Confederation for Thermal Analysis,ICTA)于1977年將熱分析定義為:“熱分析是測量在程序控制溫度下,物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度依賴關(guān)系的一類技術(shù)?！备鶕?jù)測定的物理參數(shù)又分為多種方法。最常用的熱分析方法有:差(示)熱分析(DTA)、熱重量法(TG)、導(dǎo)數(shù)熱重量法(DTG)、差示掃描量熱法[1](DSC)、熱機(jī)械分析(TMA)和動態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)。此外還有:逸氣檢測(EGD)、逸氣分析(EGA)、扭辮熱分析(TBA)、射氣熱分析、熱微粒分析、熱膨脹法、熱發(fā)聲法、熱光學(xué)法、熱電學(xué)法、熱磁學(xué)法、溫度滴定法、直接注入熱焓法等。測定尺寸或體積、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)特性的有熱膨脹法、熱發(fā)聲法、熱傳聲法、熱光學(xué)法、熱電學(xué)法和熱磁學(xué)法等。

結(jié)構(gòu)靜力分析,動力學(xué)分析,顯式動力學(xué),屈曲分析,接觸非線性分析,疲勞壽命分析,模態(tài)頻率分析,諧振響應(yīng)分析,跌落碰撞分析,熱結(jié)構(gòu)耦合分析,管道流體分析,流固耦合分析,彈塑性材料CAE分析,材料非線性力學(xué)分析,巖土材料非線性分析,橡膠材料超彈性分析,壓力容器分析,貨架分析,應(yīng)力應(yīng)變分析,受力分析,機(jī)械設(shè)計分析,汽車結(jié)構(gòu)分析,電子電器分析,工程機(jī)械分析,瞬態(tài)分析,譜分析,汽車有限元分析

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