ANSYS14.0应用实例：热杆单元和对流传热

1.LINK31

（1）单元简介

LINK31单元是一种模拟在空间的两点之间的热流率辐射的单轴单元。如图2-41所示，LINK31单元由两个节点组成，每个节点只有温度自由度，该单元适用于二维（平面或轴对称的）或三维，稳态或瞬态热分析。

图2-41 LINK31单元几何图

（2）单元关键字

图2-42所示为“LINK31 element type options（LINK31单元关键字设置）”对话框。LINK31单元只有K2一个单元关键字。K2关键字用来设置辐射方程：标准辐射方程（Standard eqn），这是ANSYS的默认选项；经验辐射方程（Empirical eqn）。标准辐射方程的定义式为

式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；ε为辐射率；F为几何形状因子；A为辐射表面面积；q为热流量。

经验辐射方程为

式（2-6）中的相关含义与式（2-5）中的一样。

（3）单元实常数

式（2-5）和式（2-6）中参数通过实常数对话框进行输入。如图2-43所示，“Real Constant Set Number 1，for LINK31（LINK31单元实常数输入）”对话框包括5个输入框：输入实常数号（Real Constant Set No）；辐射表面面积（AREA）；几何形状因子（FORMFACTOR）；辐射率（EMISSIVITY）；斯蒂芬-玻尔兹曼常数（SBC）。

图2-42 “LINK31单元关键字设置”对话框

图2-43 “LINK31单元实常数输入”对话框

2.LINK33

（1）单元简介

LINK33单元是用来模拟节点间热传导的单轴单元。如图2-44所示，LINK33单元由两个节点组成，每个节点只有一个温度自由度。热传导杆单元可用于稳态或瞬态的热分析问题。比热和密度在稳态求解时被忽略，导热性是指向单元轴向的。生热率可在节点处作为单元的体载荷输入。

图2-44 LINK33单元几何图

（2）单元关键字

LINK33单元只有一个单元实常数。如图2-45所示，LINK33单元的实常数只有横截面积（AREA）需要用户输入。(www.xing528.com)

图2-45 “LINK33单元实常数输入”对话框

3.LINK34

（1）单元简介

LINK34单元是用来模拟两个节点之间的对流传热的单轴单元。如图2-46所示，LINK34单元由两个节点组成，每个节点只有一个温度自由度，该单元适用于模拟二维（平面或轴对称的）或三维，稳态或瞬态热分析。

图2-46 LINK34单元几何图

（2）单元关键字

图2-47所示为“LINK34 element type options（LINK34单元关键字设置）”对话框。LINK34单元包括K2和K3关键字。

图2-47 “LINK34单元关键字设置”对话框

1）K2关键字。K2关键字用来设置求解对流系数的方法。用户可以设置4种方式：使用T（I）和T（J）的平均值求解对流系数（Average of TI&TJ），这是ANSYS的默认选项；使用T（I）与T（J）中较大值求解对流系数（Greate of TI&TJ）；使用T（I）与T（J）中较小值求解对流系数（Lesser of TI&TJ）；使用|T（I）-T（J）|差的绝对值求解对流系数（Difference TI&TJ）。

2）K3关键字。K3关键字用来设置对流换热系数和比例因子。用户可以设置3种方式：标准单元输入和经验项（Standard input），这是ANSYS的默认选项；使用SFE命令输入（SFE command）；使用不连续的经验项输入（Discont empircal）。

对流方程为

式中，q为热流量（J/s）；h_f为对流换热系数；A为对流换热表面积；T为当前子步的温度。

E=F*I*T_P（I）-T_P（J）Iⁿ+CC/h_f （2-8）

式中，T_P为前一个子步的温度；n为经验系数，在实常数中以EN表示；CC为输入常数；F为比例因子。

注意：当n=CC=0时，E=F。若用户未设置K2为SFE command，则F=1。若用户设置K2为Discont empircal，则E等于I*T_P（I）-T_P（J）Iⁿ与CC/h_f中的最大值。

（3）单元实常数

式（2-7）和式（2-8）中参数通过实常数对话框进行输入。如图2-48所示，“Real Constant Set Number 1，for LINK34（LINK34单元实常数输入）”对话框，包括4个输入框：输入实常数号（Real Constant Set No）；对流换热表面积（AREA）；经验项（EN）；输入常数（CC）。

图2-48 “LINK34单元实常数输入”对话框