文档介绍：ANSYS多物理耦合场有限元分析
王晓军
航空科学与工程学院固体力学研究所
<<航空工程先进数值计算技术>>
ANSYS多物理耦合场有限元分析
结构-热耦合分析
流体-固体耦合分析
ANSYS中的典型物理量( 国际单位制)
温度
热流量
热传导率
密度
比热
对流换热系数
热流
温度梯度
内部热生成
Degrees C ( or K )
Watts
Watts/ ( C )
kilogram/ ( meter3 )
( ) / ( kilogram .degree C)
Watt/ ( C )
Watt/ ( meter2 )
degree C / meter
Watt/ ( meter3 )
ANSYS热分析
热传递的类型
热传递有三种基本类型:
传导- 两个良好接触的物体之间或一个物体内部不同部分之间由于温度梯度引起的能量交换。
对流- 在物体和周围流体之间发生的热交换。
辐射- 一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换。
在绝大多数情况下,分析的热传导问题都带有对流和/或辐射边界条件。
ANSYS热分析
传导引起的热通量流由传导的傅立叶定律决定:
负号表示热量沿梯度的反向流动(例如, 热量从热的部分流向冷的部分).
传导
T
n
q*
dT
dn
ANSYS热分析
对流
对流引起的热通量由冷却牛顿定律得出:
对流一般作为面边界条件施加
Ts
TB
ANSYS热分析
热力学第一定律
能量守恒要求系统的能量改变与系统边界处传递的热和功数值相等。
能量守恒在一个微小的时间增量下可以表示为方程形式
将其应用到一个微元体上,就可以得到热传导的控制微分方程。
ANSYS热分析
单元类型
下表显示通常使用的热单元类型。
节点自由度是:TEMP。
常用的热单元类型
材料特性
至少需要 Kxx —稳态分析热传导系数。
如果是瞬态分析,则需要比热(C) 。
优先设置为“thermal”(热分析),在 GUI 方式中只显示热材料特性。
实常数
主要用于壳和线单元。
热分析有限元模型
ANSYS热分析
稳态热传递
如果热量流动不随时间变化的话,热传递就称为是稳态的。
由于热量流动不随时间变化, 系统的温度和热载荷也都不随时间变化。
由热力学第一定律,稳态热平衡可以表示为:
输入能量—输出能量= 0
ANSYS热分析
稳态热传递控制方程
对于稳态热传递,表示热平衡的微分方程为:
相应的节点处的有限元平衡方程为:
ANSYS热分析