热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷),如果输入的值为正,代表热流流入节点,即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上,则ANSYS读取温度值进行计算。
注意:如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元要密一些,在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时,尤其要注意。此外,尽可能使用热生成或热流密度边界条件,这样结果会更精确些。
(1)热流的施加方法
Command Family:F
GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flow
(2)对流的施加方法
Command Family:SF
GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection
对流边界条件作为面载荷施加于实体的外表面,计算与流体的热交换,它仅可施加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LINK34考虑对流。
(3)热流密度的施加方法
Command Family:F
GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flux
热流密度也是一种面载荷。当已知通过单位面积的热流率或通过FLOTRANCFD计算得到时,可以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入的值为正,代表热流流入单元。热流密度也仅适用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在同一外表面,但ANSYS仅读取最后施加的面载荷进行计算。
(4)生热率的施加方法
Command Family:BF
GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Generat
生热率作为体载荷施加于单元上,可以模拟化学反应生热或电流生热,它的单位是单位体积的热流率。
ANSYS热分析分为稳态热分析和瞬态热分析:(www.xing528.com)
(1)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:q流入+q生成-q流出=0,则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为(以矩阵形式表示)
[K]{T}={Q}
式中 [K]——传导矩阵,包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数;
{T}——节点温度向量;
{Q}——节点热流率向量,包含热生成。
ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件,生成[K]、{T}以及{Q}。
稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析之前,进行稳态热分析用于确定初始温度分布。
稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
(2)瞬态热分析 瞬态传热过程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。根据能量守恒原理,瞬态热平衡可以表达为(以矩阵形式表示)
[C]{T&}+[K]{T}={Q}
式中 [K]——传导矩阵,包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数;
[C]——比热矩阵,考虑系统内能的增加;
{T}——节点温度向量;
{T&}——温度对时间的导数;
{Q}——节点热流率向量,包含热生成。
磨削中磨削区热源在加工表面上是随着加工过程不断移动的,磨削热对工件造成的影响是移动的热源在工件表面累积造成的,所以磨削温度仿真属于瞬态热分析。
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