ANSYS Workbench120培训教程之热分析.pdf

Workbench-Mechanical
Introduction

第六章

热分析

6-1
热分析

概念TrainingManual

•本章练习稳态热分析的模拟，包括：
A.几何模型
B.组件-实体接触
C.热载荷
D.求解选项
E.结果和后处理
F.作业6.1

•本节描述的应用一般都能在ANSYSDesignSpaceEntra或更高版本中使用，除了
ANSYSStructural

•提示：在ANSSSYS热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析

6-2
热分析

稳态热传导基础TrainingManual
•对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得：
[K(T)]{T}={Q(T)}
•假设：
–在稳态分析中不考虑瞬态影响
–[K]可以是一个常量或是温度的函数
–{Q}可以是一个常量或是温度的函数

6-3
热分析

稳态热传导基础TrainingManual

•上述方程基于傅里叶定律：
•固体内部的热流（Fourier’sLaw）是[K]的基础；
•热通量、热流率、以及对流在{Q}为边界条件；
•对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关

•在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。

6-4
热分析

A.几何模型TrainingManual
•热分析里所有实体类都被约束：
–体、面、线
•线实体的截面和轴向在DesignModeler中定义
•热分析里不可以使用点质量（PointMass）的特性

•壳体和线体假设：
–壳体：没有厚度方向上的温度梯度
–线体：没有厚度变化，假设在截面上是一个常量温度
•但在线实体的轴向仍有温度变化

6-5
热分析

…材料特性TrainingManual

•唯一需要的材料特性是导热性（ThermalConductivity）

•ThermalConductivity在
EngineeringData中输
入

•温度相关的导热性以表格
形式输入

若存在任何的温度相关的材料特性，就将导致非线性求解。

6-6
热分析

B.组件-实体接触TrainingManual
•对于结构分析，接触域是自动生成的，用于激活各部件间的热传导

6-7
热分析

…组件-接触区域TrainingManual

–如果部件间初始就已经接触，那么就会出现热传导。
–如果部件间初始就没有接触，那么就不会发生热传导（见下面对pinball的解释
）。
–总结：

HeatTransferBetweenPartsinContactRegion?
ContactType
InitiallyTouchingInsidePinballRegionOutsidePinballRegion
BondedYesYesNo
NSNoSeparationYesYesNo
RoughYesNoNo
FrictionlessYesNoNo
FrictionalYesNoNo

–Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义的，同时还给了一个相
对较小的值来适应模型里的小间距。

6-8
热分析

…组件-接触区域TrainingManual

•如果接触是Bonded（绑定的）或no
separation（无分离的），那么当面出现在
pinballradius内时就会发生热传导（绿色实线
表示）。

PinballRadius

右图中，两部件间的间距大于
pinball区域，因此在这两个部件间
会发生热传导。

6-9
热分析

…组件-导热率TrainingManual

•默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导，意味着界面上不会发生温
度降
•实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导：
–表面光滑度
–表面粗糙度
–氧化物
–包埋液
–接触压力ΔT
–表面温度
–使用导电脂
T
–....
x
•接着……

6-10
热分析

…组件-导热率TrainingManual

–穿过接触界面的热流速，由接触热通量q决定：

q=TCC⋅(Ttarget−Tcontact)

–式中Tcontact是一个接触节点上的温度，Ttarget是对应目标节点上的温度
–默认情况下，基于模型中定义的最大材料导热性KXX和整个几何边界框的对角
线ASMDIAG，TCC被赋以一个相对较大的值。
TCC=KXX⋅10,000/ASMDIAG

–这实质上为部件间提供了一个完美接触传导

6-11
热分析

…组件-导热率TrainingManual
•在ANSYSProfessional或更高版本，用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日
方程定义一个有限热接触传导（TCC）。
–在细节窗口，为每个接触域指定TCC输入