Workbench热分析实例之一

Ansys12.0 Mechanical教程-5热分析

Workbench -Mechanical Introduction 第六章 热分析

概念 Training Manual ?本章练习稳态热分析的模拟，包括： A.几何模型 B B.组件-实体接触 C.热载荷 D.求解选项 E E.结果和后处理 F.作业6.1 本节描述的应用般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了?本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra ANSYS Structural 提示：在S S热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析 ?ANSYS

Training Manual 稳态热传导基础 ?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： ()[]{}(){} T Q T T K =?假设： –在稳态分析中不考虑瞬态影响[K]可以是个常量或是温度的函数–[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

稳态热传导基础 Training Manual ?上述方程基于傅里叶定律： ?固体内部的热流（Fourier’s Law）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。

A. 几何模型 Training Manual ?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（Point Mass）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

基于ANSYSWORKBENCH的摩擦生热分析

本篇文章说明，如何在WORBENCH中通过改变单元的形式来做摩擦生热的耦合分析。 【问题描述】 在一个定块上，有一个滑块。在滑块顶顶面上施加一垂直于表面指向定块的10MPa的分布力系。现在滑块在定块表面上滑行3.75mm，要求摩擦而产生的热量，并计算滑块和定块内部的温度分布和应力分布。 定块的尺寸：宽5mm，高1.25mm，厚1mm 滑块的尺寸：宽1.25mm，高1.5mm，厚1mm 材料：弹性模量：7e10Pa;泊松比：0.3；密度：2700kg/m(3);热膨胀系数：23.86e-6/k；摩擦系数：0.2；热导率：150W/(M K)；比热：900J/(kg K） (注)该问题来自于许京荆的《ANSYS13.0 WORKBNCH数值模拟技术》,中国水利水电出版社，2012，P381. 【问题分析】 关键技术分析： 此问题属于摩擦生热，不能够使用载荷传递法，而只能使用直接耦合法。这就是说，只能用一个耦合单元来计算摩擦生热问题。 解决该问题的基本思路如下: (1) 使用瞬态结构动力学分析系统 （2）在该系统中更改单元为PLANE223,它是一个耦合单元，可以完成多种耦合分析，这里使用其结构-热分析功能。 （3）定义两个载荷步，第一步将动块移动到指定位置，第二步保持最终位置，以获得平衡解。 （4）在求解设置中，关闭结构分析的惯性部分，而只做静力学结构分析，但是对于热分析仍旧做瞬态热分析。

（5）由于使用了瞬态动力学分析，结果中默认是没有温度可以直接从界面中得到的。需要自定义结果，提取温度。 （6）此问题要多处使用插入命令的方式，从而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。 （7）瞬态结构动力学分析系统的工程数据中，无法得到热分析的部分参数，所以需要先创建一个单独的工程数据系统，然后把它与瞬态结构动力学分析的工程数据单元格相关联。 （8）在DM中创建两个草图，然后根据草图得到面物体。再对这两个面物体进行平面 应力的分析。 （9）本博文的主要目的是要阐述：如何在WORKBENCH中使用耦合单元进行多物理场的耦合分析。 【求解过程】 1.进入ANSYS WORKBENCH14.5 2. 创建瞬态结构分析系统 3.设置材料属性。 双击engineering data,加入新材料，命名为al，设置属性如下。

基于ANSYSWORKBENCH的保温桶的稳态热分析

【问题描述】 一个保温桶，由4层组成。从外到内依次是：钢，铝，复合材料，铝。桶内是热水，而桶外是空气。需要确定桶壁的温度场分布。已知：桶内半径是0.1米，桶长度为0.1米，从内到外，4层厚度分别是0.01米，0.02米，0.01米，0.005米，钢，复合材料，铝的导热系数分别是60.5(瓦/米度),0.055(瓦/米度),236(瓦/米度)，水温80摄氏度，空气温度为摄氏度，空气对流系数是12.5（瓦/平方米度）. （《注》该例子来自于许京荆编著的《ANSYS 13.0 WORKBENCH数值模拟技术》，2012年） 【建模分析】 1.这是一个稳态热分析问题，需要使用steady-state thermal模块。 2. 这是一个轴对称问题，只需要分析其一个径向截面，然后用2D分析的轴对称进行处理。 3.几何建模。在DM中创建四个草图，然后分别形成四个面体，再形成一个多体构件。 4.边界条件。对里层使用温度边界条件，对外层设置对流换热边界条件。 【求解过程】 1. 打开ANSYS WORKBNCH14.5。 2. 创建稳态热分析系统。

3. 设置三种材料的导热系数。 双击engineering data，打开工程数据，新创建三种材料，分别是STEEL,AL,compound,并分别设置其导热系数。 钢材的导热系数 铝的导热系数 复合材料的导热系数 创建完毕，退回到项目中。 4.创建几何模型。 双击geometry，进入到DM中。选择长度的单位是米。 在XOY面内创建四个草图。 这四个草图是四个相邻的矩形，其位置及尺寸如下图。

分别由这4个草图生成4个面。 其图形如下 将上述四个物体生成一个多体构件。

Workbench瞬态热分析

Workbench瞬态热分析 问题描述：将一个温度为900摄氏度的钢球放在空气中冷却，分别查看钢球和外部空气的温度变化。分析类型：瞬态热分析分析平台：ANSYS Workbench 17.0分析人：技术邻一无所有就是打拼的理由研究模型：自定义 一、引言结构热分析主要包括热传导、热对流、热辐射，热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒。传热即是热量传递，凡是有温差存在的地方，必然有热量的传递。传热现象在现实生活中普遍存在，比如食物的加热，冷却，有相变存在的蒸发冷凝换热等。热分析类型主要有稳态热分析和瞬态热分析。稳态热分析中，我们只关心物体达到热平衡状态时的热力条件，而不关心达到这种状态所用的时间。在稳态热分析中，任意节点的温度不随时间的变化而变化。一般来说，在稳态热分析中所需要的唯一材料属性是热导率。在瞬态热分析中，我们只关心模型的热力状态与时间的函数关系，比如对水的加热过程。在瞬态热分析中，需要对材料赋予热导率，密度，比热容等材料属性及初始温度，求解时间和时间增量这些边界条件。在装配体的热分析中，我们还要考虑到接触区域传热，由于接触面可能存在表面粗糙度，接触压力等情况存在，导致存在接触热阻。接触面存在两种传热方式，一种是附体间的热传递，另一种是通过空

隙层的热传导，但因为气体的热导率比较低，所以接触热阻不利于传热。由于钢球散热与时间有关，我们选择瞬态热分析进行钢球的散热分析。 二、分析思路及流程在分析中，我们忽略空气的流动。先进行稳态热分析，获得瞬态热分析的初始条件，然后将其传递到瞬态热分析中；在瞬态热分析中添加空气对流换热，来求解随时间变化的温度场。分析流程如下图所示： 三、模型建立及网格划分：由于选取模型比较简单，我们在DM中建立一个钢球，选择钢球的半径为30mm，然后在外侧包络一层空气，包络厚度选择30mm，由于模型是对称的，为了节省计算时间，减少计算量，选取1/4模型进行研究（也可以选取1/8）。由于模型较为简单，网格采用自动划分，模型及网格如下图所示：四、边界条件施加及结果分析：因为该问题为瞬态热分析，我们需要先进行稳态热分析获得瞬态热分析所需要的初始 条件，对钢球设置初始温度为900摄氏度，空气初始温度为22摄氏度，将稳态热分析的结果作为瞬态分析的初始条件，对空气对流换热系数为10W/m2K。对瞬态热分析分为2个时间步，两个时间步分别设置为60s，因此钢球散热共计120s。钢球在散热120s后的温度场如下图所示，从图中可以看出，钢球向空气散热120s后，钢球的最高温度为895.91摄氏度，靠近钢球侧的空气温度上升较为明显，基

基于AnsysWorkbench软件热分析的复拌机烟气管道结构设计

1　复拌机烟气管道结构概述 复拌机上的烟气管道是连接热风炉与加热装置的重要部件，用来引导烟气加热路面。由于烟气流量大，温度高，且管道是由薄壁圆筒构成，在大的热负荷作用下，管道要承受的热应力和产生的热变形很大。因此， 确保管道在热载荷作用下的应力不超过材料的极限值，以及尽量减少管道的散热损失，是管道设计的关键。烟气管道初始设计如图1所示，管道为夹层结构，出 于保温的需要，在内、外筒之间设有保温层，考虑制造、安装等因素，管道设计成四段，每段之间通过法兰连接，在高温烟气的作用下，管道可以从高温端向低温端伸长，每一段管道的法兰与内、外筒之间通过焊接方式联接。 内筒的热量相等时，各零件的温度不再上升，烟气管道达到了热平衡，此后进入了稳态传热状态，温度与热流量均不随时间变化。每一段烟气管道的热平衡过 程都是相似的，并且瞬态传热过程只占很少部分。 本文主要针对一段烟气管道的稳态传热状态进行 研究。先设定管道的表面温度，用理论方法计算出保温层的导热系数和管道表面的热流密度，然后将保温层的导热系数作为已知条件，用Ansys workbench 软件 对烟气管道模型进行热分析，获得管道表面温度及热流密度的分布，将软件仿真的结果与理论计算的结果进行比较。将温度载荷施加到烟气管道模型上进行热应力分析，得到管道的热应力与热变形，根据结果对模型结构进行优化改进后，利用软件进行验证，最终确定管道的结构符合设计要求。 2　烟气管道稳态传热设计计算 2.1　计算简化与设定 由于实际工况是复杂多变的，要进行稳态传热计 算，必须做适当的简化和设定。 （1）假定烟气的温度及流速分布已充分发展，从入口到出口的烟气温度均保持在500℃且流速稳定。 （2）不考虑温度及热量的轴向传递。 （3）假设保温层与内、外筒都接触良好，不考虑接触热阻。 （4）烟气管道外表面的温度设计值初步定为50℃。 2.2　烟气管道的传热设计计算 烟气管道的传热设计，是在一定的结构尺寸的基础 摘　要：利用 Ansys workbench 软件对复拌机烟气管道进行稳态热分析，求解出管道的温度场分布和热流密度，用热-结构耦合方法将热载荷施加到结构中，得出了热应力与应变的分布规律。验证了热传导理论计算的准确性，分析了结构上不合理之处，并依据计算结果对结构进行了优化改进。再次求解的结果表明，结构改进的方法是正确的，获得了明显的效果。 关键词：烟气管道　稳态热分析　热应力 基于Ansys Workbench软件热分析的复拌机 烟气管道结构设计 Make the Hot Analysis of the Gas Pipeline Design for the Re-mixing Machine to Be Based on the Ansys Workbench Software 长沙中联重工科技发展股份有限公司 卜 伟/Bu Wei 图1 烟气管道初始结构示意图 工作时，大约500℃的烟气从管道入口进入，一部分热量由烟气携带从出口出去，进入下一段管道，另一部分热量由高温烟气通过辐射与强制对流方式传递到内筒，内筒升温并向保温层传热，热量在保温层内自内向外传导，传递到外筒，在外筒的外表面通过辐射与自然对流的方式向环境散热，外表面温度越高，其对流与辐射的热量越大。当外表面的散热量与烟气传递给 活动法兰 外筒 保温层 内筒 固定法兰