ANSYS14.0热传导壳单元理论与应用

1.SHELL131

（1）单元简介

SHELL131单元是一个二维复合层状壳单元，具有模拟壳体厚度方向上的热传导功能。如图2-57所示，SHELL131单元由4个节点组成，每个节点具有22个温度自由度。热传导壳单元能够进行二维稳态或瞬态热分析。SHELL131单元计算出的节点的温度可以转换到相应的结构壳单元上以便模拟壳体的热弯曲。

图2-57 SHELL131单元几何图

（2）单元关键字

图2-58所示为“SHELL131 element type options（SHELL131单元关键字设置）”对话框。SHELL131单元包括K2、K3、K4和K6关键字。

1）K2关键字。K2关键字用来设置计算对流换热系数的方法。ANSYS提供了4种计算方法：采用平均膜温度（T_S+T_B）/2（Avg film temp）计算对流换热系数，这是ANSYS的默认选项；按单元表面温度T_S（Ele surface temp）计算对流换热系数；按流体体积温度T_B（Fluid bulk temp）计算对流换热系数；使用温差T_S-T_B（Differental temp）计算对流换热系数。

图2-58 “SHELL131单元关键字设置”对话框

2）K3关键字。K3关键字用来设置温度在壳体厚度方向上的变化规律。ANSYS提供了3种温度沿着厚度方向变化规律：温度是关于厚度的二次函数（Quadratic），这是ANSYS的默认选项，对于该选项，用户可以最多沿壳单元厚度方向设置15层，该选项适用于瞬态热分析或温度与材料具有很强的相关性问题；温度是关于厚度的线性函数（Linear），对于该选项，用户可以最多沿壳单元厚度方向设置21层，该选项适用于稳态分析或温度与材料没有相关性；沿着厚度没有温度变化，即温度在厚度方向为常数（No variation），对于该选项，用户可以最多沿壳单元厚度方向设置1层。(www.xing528.com)

3）K4关键字。K4关键字用来设置SHELL131厚度方向的层数，建议用户保持默认值，然后在壳单元截面工具中进行设置。在设置过程中要保证层数小于或等于K3关键字中相应的设置。

4）K6关键字。K6关键字用来设置单元的应用范围。ANSYS提供了两种选项：热壳体问题（Thermal Shell），这是ANSYS的默认选项；涂层材料（Paint（TBOT→TEMP）），如果用户选择该选项，则TBOT取代温度TEMP，并且允许单元直接附着到与壳体单元相关联的实体单元上避免使用约束方程，但该选项不允许用户在面1上施加载荷。

2.SHELL132

（1）单元简介

SHELL132单元是一个二维复合层状壳单元，具有模拟壳体厚度方向上的热传导功能。SHELL132单元为SHELL131单元的高阶形式。如图2-59所示，SHELL132单元具有8个节点，每个节点最多支持22个温度自由度，该单元适合模拟具有曲线边界的问题。

图2-59 SHELL132单元几何图

（2）单元关键字

SHELL132的单元关键字的设置方法与含义，与SHELL131单元是一样的，用户可以参见SHELL131单元。