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11第三章热分析(DTA)--11次-20100315

分析化学作业01参考答案(第三章)

3-1 在进行农业实验时，需要了解微量元素对农作物栽培的影响。如果从实验田中挖一小铲泥土试样，送化验室测定，由此试样所得的分析结果有无意义？应该如何正确采样？（简答）答：取样没有代表性，分析结果没有意义。应按随机取样的原则，在实验田的不同位置采集足够量的原始试样，混合均匀后送至化验室，经化验室人员粉碎、过筛、混匀、缩分至适当量后再进行分析。 3-2 现有粗碎后的试样20 kg ，将其破碎后全部通过10号筛（d=2 mm ），可以缩分几次？设K 值为0.2。解：kg 8.022.0Kd Q 22=?=≥缩分 ()()次缩分样品 46.42lg /8.0lg 02lg 2lg /Q lg lgQ n ==-=-= 3-3 测定某试样中氮的质量分数时，六次平行测定的结果分别是20.40%、20.52%、20.54%、20.58%、20.50%和20.56%。（1）计算该组数据的平均值、极差、平均偏差、相对平均偏差、标准偏差和变异系数；（2）若此样品为标准样品，其中氮的含量为20.46%，计算以上测定结果的绝对误差和相对误差。解：（1）%52.20n /x x i == ∑ %18.0%40.20%58.20R =-= %04.0n /x x d i =-=∑（0.043%）；%2.0%100x /d =?（0.19%） ()()%06.01n /x x s 2 i =--=∑（0.064%）；%3.0%100x /s =?（0.31%）（2）%06.0x E a =μ-=；%3.0%100/E E a r =?μ=（0.29%）注意：本题中偏差和误差按修约规则应保留1位，但多保留1位也可以。 3-4 分析过程中出现下列情况会造成哪种误差或过失？若是系统误差应如何消除？（a ）分析试剂中含有微量待测组分（系统误差；空白试验或更换为高纯度试剂）（b ）移液管转移溶液后尖嘴处残留量稍有不同（随机误差）（c ）称量过程中天平零点略有变动（随机误差）（d ）基准物质保存不当，结晶水部分风化（系统误差；更换基准物）（e ）用NaOH 标准溶液测定某食醋试样总酸度时，碱式滴定管未用NaOH 标准溶液润洗（过

ANSYS稳态热分析的基本过程和实例

ANSYS稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤： ?前处理：建模、材料和网格 ?分析求解：施加载荷计算 ?后处理：查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit； ②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数； ④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ●如果进行新的热分析： Command: ANTYPE, STATIC, NEW GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state ●如果继续上一次分析，比如增加边界条件等： Command: ANTYPE, STATIC, REST GUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart ②、施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) ： a、恒定的温度通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature b、热流率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

传热学第3章-非稳态导热分析解法

第三章非稳态导热分析解法 1、重点内容：① 非稳态导热的基本概念及特点； ② 集总参数法的基本原理及应用； ③一维及二维非稳态导热问题。 2、掌握内容：① 确定瞬时温度场的方法； ② 确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念一、非稳态导热 1、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1）物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定值，即：const t =↑τ 2）物体的温度随时间而作周期性变化 1）物体的温度随时间而趋于恒定值如图3-1所示，设一平壁，初值温度t 0，令其左侧的表面温度突然升高到1t 并保持不变，而右侧仍与温度为 0t 的空气接触，试分析物体的温度场的变化过程。首先，物体与高温表面靠近部分的温度很快上升，而其余部分仍保持原来的t 0 。如图中曲线HBD ，随时间的推移，由于物体导热温度变化波及范围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也逐渐升高，如图中曲线HCD 、HE 、HF 。最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定，如图中曲线HG （若λ=const ，则HG 是直线）。由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面参与换热与不参与换热的两个不同阶段。（1）第一阶段（右侧面不参与换热）温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。（2）第二阶段，（右侧面参与换热）当右侧面参与换热以后，物体中的温度分布不受to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。

ANSYS热分析

第一章简介一、热分析的目的热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化四、耦合分析 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等

第二章基础知识一、符号与单位项目国际单位英制单位 ANSYS 代号长度 m ft 时间 s s 质量 Kg lbm 温度 ℃ o F 力 N lbf 能量（热量） J BTU 功率（热流率） W BTU/sec 热流密度 W/m 2 BTU/sec-ft 2 生热速率 W/m 3 BTU/sec-ft 3 导热系数 W/m-℃ BTU/sec-ft-o F KXX 对流系数 W/m 2-℃ BTU/sec-ft 2-o F HF 密度 Kg/m 3 lbm/ft 3 DENS 比热 J/Kg-℃ BTU/lbm-o F C 焓 J/m 3 BTU/ft 3 ENTH 二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: z 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q Δ+Δ+Δ=? 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ΔU ——系统内能; ΔKE ——系统动能； ΔPE ——系统势能； z 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ΔΔ； z 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q Δ=； z 对于稳态热分析：0=Δ=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； z 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。三、热传递的方式 1、热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温

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。

第三章热分析习题-201410

第三章热分析习题 3-1名词解释热重分析、差热分析、差示扫描量热仪、动态热机械分析、潜热、显热、玻璃化转变温度、比热、热容、热对称性、热惯性 3-2列举一种电子天平的主要技术指标。 3-3影响热重曲线的主要因素？试推导热重仪器中表观增重与气体密度的关系：已知一体积为V、恒重后的物体置于加热炉中，T 温度下物体周围气体的密度为ρ ，计算表观增重ΔW（温度T时的重量与初始重量之差）与试样温度 T的关系ΔW=F（V，ρ 0，T ，T）。根据所推导的表观增重公式说明影响表观增重的因素。 3-4差热曲线基线方程的表达式中，各参数的物理含义？影响差热曲线基线的主要因素？ 3-5放热或吸热的量与差热峰面积的关系？ 3-6题图3-6为高聚物材料的典型DSC曲线。标示出高聚物材料DSC曲线上主要的变化过程及相应的特征温度。题图3-6 高聚物材料的典型DSC曲线 3-7从试样的差热曲线上可获得哪些信息？ 3-8如何利用试样的DSC曲线判断矿石中含β-SiO 2 ？ 3-9有一石灰石矿，其粉料的TG-DSC联合分析图上可见一吸热谷，其T onset 为880℃，所对应的面积为360×4.184J/g，对应的TG曲线上失重为39.6%，计算：①该矿物的碳酸钙含量？（碳酸钙分子量为100.9）②碳酸钙的分解温度？③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量？ 3-10题图3-10为一金属玻璃的DSC曲线。根据DSC曲线，指出该金属玻璃在加热过程中经历的玻璃化转变及析晶过程所对应的特征温度或温度范围。

题图3-10 某金属玻璃的DSC 曲线 3-11快速凝固的化学组分为Al 87Ni 7Cu 3Nd 3金属材料的XRD 、DSC 分析结果分别见题图3-11。请根据分析结果初步判断是否是金属玻璃，并写出判断依据。该金属玻璃的Tg 为多少度？该金属玻璃经不同的温度（见图中所标）热处理1小时后，随热处理温度的升高晶相种类和组成如何变化？金属材料DSC 结果图不同温度热处理1小时后金属材料的XRD 图题图3-13 3-12 Mn 3O 4原料在空气氛下的热重曲线如图2，由图可见350℃~900℃温升范围内，增重 3.37%。分析加热过程中原料所发生的物理化学变化，计算900℃时可能的化学式，写出相应的化学反应方程。哪些热事件加热过程会发生增重现象？（Mn 原子量5 4.95） □Al ■Al 3Ni ○Al 11Nd 3 ●Al 8Cu 3Nd

第三章非稳态导热分析解法

第三章非稳态导热分析解法本章主要要求：１、重点内容： ① 非稳态导热的基本概念及特点； ② 集总参数法的基本原理及应用； ③ 一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容： ① 确定瞬时温度场的方法； ② 确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3 、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念一、非稳态导热 1 、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2 、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1 2 ）物体的温度随时间而作周期性变化如图 3-1 所示，设一平壁，初值温度 t 0 ，令其左侧的表面温度突然升高到并保持不变，而右侧仍与温度为的空气接触，试分析物体的温度场的变化过程。首先，物体与高温表面靠近部分的温度很快上升，而其余部分仍保持原来的 t 0 。如图中曲线 HBD ，随时间的推移，由于物体导热温度变化波及范围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也逐渐升高，如图中曲线 HCD 、 HE 、 HF 。最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定，如图中曲线 HG （若 λ=const ，则 HG 是直线）。由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面参与换热与不参与换热的两个不同阶段。（ 1 ）第一阶段（右侧面不参与换热）温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。（ 2 ）第二阶段，（右侧面参与换热）当右侧面参与换热以后，物体中的温度分布不受 to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 2 ）二类非稳态导热的区别：前者存在着有区别的两个不同阶段，而后者不存在。 3 、特点；非稳态导热过程中，在与热流量方向相垂直的不同截面上热流量不相等，这是非稳态导热区别于稳态导热的一个特点。

ANSYS非稳态热分析及实例详解解析

第7 章非稳态热分析及实例详解本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识，主要包括非稳态热分析的应用、非稳态热分析单元、非稳态热分析的基本步骤。本章要点非稳态导热的基本概念非稳态热分析的应用非稳态热分析单元分析的基本步骤本章案例钢球非稳态传热过程分析不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析高温铜导线冷却过程分析

7.1 非稳态热分析概述物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随着时间的推移而变化的特性可以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。ANSYS 11.0及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷-时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。 7.1.2 非稳态热分析的控制方程热储存项的计入将稳态系统变为非稳态系统，计入热储存项的控制方程的矩阵形式如下： []{}[]{}{}C T K T Q += 其中，[]{} C T 为热储存项。在非稳态分析时，载荷是和时间有关的函数，因此控制方程可表示如下： []{}[]{}(){}C T K T Q t += 若分析为分线性，则各参数除了和时间有关外，还和温度有关。非线性的控制方程可表示如下： (){}(){}(){},C T T K T T Q T t +=???????? 7.1.3 时间积分与时间步长 1、时间积分从求解方法上来看，稳态分析和非稳态分析之间的差别就是时间积分。利用ANSYS 11.0分析问题时，只要在后续载荷步中将时间积分效果打开，稳态分析即转变为非稳态分析；同样，只要在后续载荷步中将时间积分关闭，非稳态分析也可转变为稳态分析。 2、时间步长两次求解之间的时间称为时间步，一般来说，时间步越小，计算结果越精确。确定时间步长的方法有两种：（1）指定裕度较大的初始时间步长，然后使用自动时间步长增加时间步。

第三章热分析

第三章热分析一、教学目的理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。二、重点、难点重点：差热分析、热释光谱分析基本原理、差热曲线的判读。难点：差热曲线的判读。三、教学手段多媒体教学四、学时分配 4学时第一节概述：一、三种基本、常用性能测试手段 X射线物相分析、电子显微分析与热分析（材料分析三大手段） 1.X射线衍射物相分析----物相、结构等 2.电子显微分析-----形貌、成分微区分析、结构、位错等 3.热分析：专门分析加热或冷却过程发生的变化（物理、化学变化） ①过程分析 ②动态二、热分析及热分析方法（一）热分析：把根据物质的温度变所引起的性能变化（热能量，质量，结构，尺寸等）来确定状态变化的分析方法，统称为热分析。（二）热分析主要方法 1.热重分析法把试样置于程序可控加热或冷却的环境中，测定试样的质量变化对温度或时间作图的方法。记录称为热重曲线，纵轴表示试样质量的变化。 2.差热分析把试样和参比物（热中性体）置于相同加热条件，测定两者温度差对温度或

时间作图的方法。记录称为差热曲线。 3.示差扫描量热法把试样和参比物置于相同加热条件，在程序控温下，测定试样与参比物的温度差保持为零时，所需要的能量对温度或时间作图的方法。记录称为示差扫描量热曲线。 4.热机械分析（形变与温度的关系） 5.热膨胀法在程序控温环境中测定试样尺寸变化对温度或时间作图的一种方法。纵轴表示试样尺寸变化，记录称热膨胀曲线。第二节差热分析：（Differential Thermal Analysis）（ＤＴＡ）是材料科学研究中不可缺少的方法之一。一、差热分析的基本原理差热分析原理示意图如图所示： 1.在样品库中分别装入被测试样和参比物。 2.插入两支相同的热电偶。 3.将两支热电偶的其同极接在一起-----构成示差热电偶，其温度电动势为： E AB=k/e (T1-T2) Ln n eA/m eB (3---1) 式中：E AB-----示差电动势 K------波尔兹曼常数

ANSYS热分析详解解析

第二章基础知识一、符号与单位项目国际单位英制单位 ANSYS 代号长度 m ft 时间 s s 质量 Kg lbm 温度 ℃ o F 力 N lbf 能量（热量） J BTU 功率（热流率） W BTU/sec 热流密度 W/m 2 BTU/sec-ft 2 生热速率 W/m 3 BTU/sec-ft 3 导热系数 W/m-℃ BTU/sec-ft-o F KXX 对流系数 W/m 2-℃ BTU/sec-ft 2-o F HF 密度 Kg/m 3 lbm/ft 3 DENS 比热 J/Kg-℃ BTU/lbm-o F C 焓 J/m 3 BTU/ft 3 ENTH 二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q ?+?+?=- 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能； ● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ?=； ● 对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ● 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。三、热传递的方式 1、热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx dT k q -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。

第三章非稳态导热分析解法

第三章非稳态导热分析解法本章主要要求：１、重点内容：①非稳态导热的基本概念及特点； ②集总参数法的基本原理及使用； ③一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容：①确定瞬时温度场的方法； ②确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3 、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念一、非稳态导热 1 、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2 、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1 ）物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定值，即： 2 ）物体的温度随时间而作周期性变化如图 3-1 所示，设一平壁，初值温度 t 0 ，令其左侧的表面温度突然升高到并保持不变，而右侧仍和温度为的空气接触，试分析物体的温度场的变化过程。首先，物体和高温表面靠近部分的温度很快上升，而其余部分仍保持原来的 t 0 。如图中曲线 HBD ，随时间的推移，由于物体导热温度变化波及范围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也逐渐升高，如图中曲线 HCD 、 HE 、 HF 。

最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定，如图中曲线 HG （若λ=const ，则 HG 是直线）。由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面参和换热和不参和换热的两个不同阶段。（ 1 ）第一阶段（右侧面不参和换热）温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。（ 2 ）第二阶段，（右侧面参和换热）当右侧面参和换热以后，物体中的温度分布不受 to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 2 ）二类非稳态导热的区别：前者存在着有区别的两个不同阶段，而后者不存在。 3 、特点；非稳态导热过程中，在和热流量方向相垂直的不同截面上热流量不相等，这是非稳态导热区别于稳态导热的一个特点。原因：由于在热量传递的路径上，物体各处温度的变化要积聚或消耗能量，所以，在热流量传递的方向上。二、非稳态导热的数学模型 1 、数学模型非稳态导热问题的求解规定的 { 初始条件，边界条件 } 下，求解导热微分方程。 2 、讨论物体处于恒温介质中的第三类边界条件问题在第三类边界条件下，确定非稳态导热物体中的温度变化特征和边界条件参数的关系。已知：平板厚 2 、初温 to 、表面传热系数 h 、平板导热系数，将其突然置于温度为的流体中冷却。试分析在以下三种情况：<<1/h 、>>1/h 、=1/h 时，平板中温度场的变化。 1 ） 1/h<< 因为 1/h 可忽略，当平板突然被冷却时，其表面温度就被冷却到，随着时

第七章热应力分析

第七章热应力分析当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。如果结构各部分之间膨胀收缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。 7.1热应力分析的分类 ANSYS提供三种进行热应力分析的方法：在结构应力分析中直接定义节点的温度。如果所以节点的温度已知，则可以通过命令直接定义节点温度。节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度间接法：首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析中。直接法：使用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分析和结构应力分析的结果。如果节点温度已知，适合第一种方法。但节点温度一般是不知道的。对于大多数问题，推荐使用第二种方法—间接法。因为这种方法可以使用所有热分析的功能和结构分析的功能。如果热分析是瞬态的，只需要找出温度梯度最大的时间点，并将此时间点的节点温度作为荷载施加到结构应力分析中去。如果热和结构的耦合是双向的，即热分析影响结构应力分析，同时结构变形又会影响热分析（如大变形、接触等），则可以使用第三种直接法—使用耦合单元。此外只有第三种方法可以考虑其他分析领域（电磁、流体等）对热和结构的影响。 7.2间接法进行热应力分析的步骤

热单元结构单元 LINK32 LINK1 LINK33 LINK8 PLANE35 PLANE2 PLANE55 PLANE42 SHELL57 SHELL63 PLANE67 PLANE42 LINK68 LINK8 SOLID79 SOLID45 MASS71 MASS21 PLANE75 PLANE25 PLANE77 PLANE82 PLANE78 PLANE83 PLANE87 PLANE92 PLANE90 PLANE95 SHELL157 SHELL63 表7-1热单元及相应的结构单元首先进行热分析。可以使用热分析的所有功能，包括传导、对流、辐射和表面效应单元等，进行稳态或瞬态热分析。但要注意划分单元时要充分考虑结构分析的要求。例如，在有可能有应力集中的地方的网格要密一些。如果进行瞬态分析，在后处理中要找出热梯度最大的时间点或载荷步。重新进入前处理，将热单元转换为相应的结构单元，表7-1是热单元与结构单元的对应表。可以使用菜单进行转换： Main Menu>Preprocessor>Element Type>Switch Element Type，选择Thermal to Structual。但要注意设定相应的单元选项。例如热单元的轴对称不能自动转换到结构单元中，需要手工设置一下。在命令流中，可将原热单元的编号重新定义为结构单元，并设置相应的单元选项。设置结构分析中的材料属性（包括热膨胀系数）以及前处理细节，如节点耦合、约束方程等。读入热分析中的节点温度， GUI：Solution>Load Apply>Temperature>From Thermal Analysis。输入或选择热分析的结果文件名*.rth。如果热分析是瞬态的，则还需要输入热梯度最

稳态热分析报告案例(ANSYS15.0版)

本例题的主要部分为一个圆筒形罐，其上沿径向有一材料一样的接管（如图？？？？所所示），罐内流动着450°F（232°C）的高温流体，接管内流动着100°F（38 °C）的低温流体，两个流体区域由薄壁管隔离。罐的对流换热系数为250Btu/hr-ft2-o F（1420watts/m2-°K），接管的对流换热系数随管壁温度而变，它的热物理性能如表？？？所示。要求计算罐与接管的温度分布。表？？？？ 6.5.1 预处理 Step 1: 确定分析标题起动ANSYS后，开始一个分析，需要输入一个标题，按下面方法进行操作： 1.选择Utility Menu> File> Change Title，弹出相应对话框 2.输入Steady-state thermal analysis of pipe junction。 3.点击OK。 Step 2: 设置分析单位系统 You need to specify units of measurement for the analysis. For this pipe junction example, measurements use the U. S. Customary system of units

(based on inches). To specify this, type the command /UNITS,BIN in the ANSYS Input window and press ENTER.在分析之前，需要为分析系统设定单位系统， Step 3: Define the Element Type The example analysis uses a thermal solid element. To define it, do the following: 1.Choose Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete. The Element Types dialog box appears. 2.Click on Add. The Library of Element Types dialog box appears. 3.In the list on the left, scroll down and pick (highlight) "Thermal Solid." In the list on the right, pick "Brick20node 90." 4.Click on OK. 5.Click on Close to close the Element Types dialog box. Step 4: Define Material Properties To define material properties for the analysis, perform these steps: 1.Choose Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models. The Define Material Model Behavior dialog box appears. 2.In the Material Models Available window, double-click on the following options: Thermal, Density. A dialog box appears. 3.Enter .285 for DENS (Density), and click on OK. Material Model Number 1 appears in the Material Models Defined window on the left. 4.In the Material Models Available window, double-click on the following options: Conductivity, Isotropic. A dialog box appears. 5.Click on the Add Temperature button four times. Four columns are added. 6.In the T1 through T5 fields, enter the following temperature values: 70, 200, 300, 400, and 500. Select the row of temperatures by dragging the cursor across the text fields. Then copy the temperatures by pressing Ctrl-c. 7.In the KXX (Thermal Conductivity) fields, enter the following values, in order, for each of the temperatures, then click on OK. Note that to keep the units consistent, each of the given values of KXX must be divided by 12. You can just input the fractions and have ANSYS perform the calculations. 8.35/12 8.90/12 9.35/12 9.80/12

第三章_热分析

1第三章热分析技术 2第一节：热分析的定义与分类第二节：常用热分析基本原理第三节：热分析技术的应用 3 第一节热分析的定义与分类 1.定义：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术，统称热分析技术。有哪些物理性质？ 4 2.种类（1）热重分析（TGA ）在程序控制温度下，测量物质的质量随时间或温度变化的一种技术。（2）差热分析（DTA ）在程序控制温度下，测量物质与参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术。 5 （3）差示扫描量热分析（DSC ）在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差与温度之间关系的一种技术。（4）热机械分析（TMA 、DMA ）在程序控制温度下，测量物质的膨胀系数、弹性模量和粘性模量等与温度之间关系的一种技术。 Q:假如测金属熔点和物质的比热容分别用什么方法？ 6 1.热重分析（TGA ） TGA 的基本原理就是在程序温度控制下，采用热天平连续称量物质的重量(质量)，获得重量随温度（或时间）变化的关系曲线，并由此分析物质可能发生的物理或化学的变化。这条曲线就叫热重曲线。第二节常用热分析基本原理

7Time min 26.00 24.0022.0020.0018.0016.0014.00 12.0010.008.006.00D T A u V 250.0 200.0 150.0100.0 50.0 0.0 T G % 0.0 -20.0 -40.0 -60.0 -80.0 -100.0 T e m p ℃ 900.0 800.0 700.0 600.0 500.0 400.0 300.0 200.0 100.0 TGA Weight % Curve Sample Thermocouple Signal DTA Signal 61.5% 8热重平台：在热重曲线中，质量保持不变的台阶，叫热重平台。失重阶梯：在热重曲线中，失重平台之间质量变化的部分叫失重阶梯，也叫失重台阶。微分热重曲线(DTG)：对热重曲线进行一级微分，得到的曲线就叫微分热重曲线。 9 100100200300400500600700800 60 70 80 90 1000 150 300 450 405 252 194 DTG (ug/min) R e l a t i v e W e i g h t (%) Temperature (o C) CMA precursor DTG TG 11 失重一般都是由于分解、脱水、挥发、还原等引起的，但也有少数TG 过程是增重的，如金属Cu 粉的氧化过程。根据增重的多少可以判断上去多少氧，估算平均价态的升高。 12 (1) 实验条件的影响 a. 样品盘的影响 b. 挥发物冷凝的影响 c. 升温速率的影响 d. 气氛的影响(2) 样品的影响 a. 样品用量的影响 b. 样品粒度的影响影响热重分析的因素

SolidWorks_热分析

白皮书热分析 inspiration 摘要在本白皮书中，我们针对产品设计有关的热分析概念进行了定义和概要阐述。我们以实际产品为例，对传导、对流和辐射的原理进行了讨论。我们还将阐释开展热分析的方式和方法，特别介绍如何使用设计验证软件来模拟热力环境。同时，我们还将列出热力设计验证软件所需具备的功能，并通过实例展示如何使用SolidWorks 产品来解决设计难题。

热分析简介 20 世纪90 年代，为了降低产品开发所需的成本和时间，传统的原型制造和测试在很大程度上已被模拟驱动的设计流程所取代。有了这一流程，工程师对昂贵而又耗时的物理原型的需求大大减少，只需使用易于修改的计算机模型即可成功预测产品的性能（图1）。设计流程的变化传统的产品模拟驱动的产品设计流程设计流程设计CAD 模拟多次只需一次！原型制造原型制造多次只需一次！测试测试生产生产图1：传统产品设计流程与模拟驱动的产品设计流程在研究缺陷、变形、应力或自然频率等结构问题时，设计验证工具的价值是不可估量的。但是，新产品的结构性能仅仅是设计工程师所面临的诸多难题之一。还有许多其他常见问题是与热力相关的，其中包括过热、缺乏尺寸稳定性、过高的热应力，以及与产品的热流和热力特征相关的其他难题。热力问题在电子产品中普遍存在。在设计冷却扇和散热器时，必须权衡小体积与足够的散热能力这两方面的需求。同时，紧凑的组装还必须确保空气的充分流动，以防印刷电路板在过高的热应力下变形或断裂（图2）。图2：要进行电子封装，需要对如何排出电子零部件所产生的热量进行仔细分析。

在传统的机器设计中，也大量存在热力问题。有很多产品必须进行温度、散热和热应力分析，其中一些十分明显的示例包括：引擎、液压缸、电机或电动泵。简而言之，任何消耗能量来执行某种实用工作的机器都不例外。或许材料加工机器不太需要进行热分析，但这些机器的机械能转化成热能，不仅影响机器零件还影响机器本身。这种情况不仅存在于精密的机器设备中，还存在于破碎机等大功率机器中。在精密机器设备中，热膨胀可能影响切割工具的尺寸稳定性；在大功率的机器中，零部件可能因高温和热应力而受到损坏（图3）。图4：种植牙必须不影响周围组织的热力状况，而且必须能够承受热应力。图3：在设计工业破碎机的传动和载荷时，潜在过热问题是一个十分重要的考虑因素。这里涉及到的第三个示例，是为了说明大多数医疗设备应该进行热力性能分析。给药系统必须确保所给药物的温度合适，而手术设备必须确保组织免遭过度热冲击。同样，体移植物不得干扰体内的热流，而种植牙也必须承受剧烈的外部机械载荷与热载荷（图4）。最后，所有的家用电器产品，例如电热炉、电冰箱、搅拌器、电熨斗和咖啡机（任何需要靠电力才能运行的设备），都应进行热力性能分析以避免过热现象。这不仅适用于使用交流电源的消费类产品，还适用于由电池供电的设备，例如遥控玩具和无线电动工具（图5）。图5：要对无线工具上的高容量电池进行充分冷却，就需要对热力状况有所了解。

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