No Boundaries ANSYS热分析指南 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>Solutio lysis Ty pe->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) 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密一些, 在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时,尤其要注意。此 外,尽可能使用热生成或热流密度边界条件,这样结果会更精确些。 Command Family: F GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flow c、对流 对流边界条件作为面载施加于实体的外表面,计算与流体的热交换,它仅可施 加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LINK34考虑对流。 Command Family: SF GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection d、热流密度 热流密度也是一种面载。当通过单位面积的热流率已知或通过 FLOTRAN CFD 计算得到时,可以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入的值为正,代表热 流流入单元。热流密度也仅适用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在同 外表面,但 ANSYS仅读取最后施加的面载进行计算。 GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flux e、生热率 生热率作为体载施加于单元上,可以模拟化学反应生热或电流生热。它的单位 是单位体积的热流率 Command Family: BF GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Generat ③、确定载荷步选项 对于一个热分析,可以确定普通选项、非线性选项以及输出控制
No Boundaries ANSYS热分析指南 —————————————————————————————————————————————— 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密一些， 在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时，尤其要注意。此 外，尽可能使用热生成或热流密度边界条件，这样结果会更精确些。 Command Family: F GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flow c、对流 对流边界条件作为面载施加于实体的外表面，计算与流体的热交换，它仅可施 加于实体和壳模型上，对于线模型，可以通过对流线单元 LINK34 考虑对流。 Command Family: SF GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection d、热流密度 热流密度也是一种面载。当通过单位面积的热流率已知或通过 FLOTRAN CFD 计算得到时，可以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入的值为正，代表热 流流入单元。热流密度也仅适用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在同一 外表面，但 ANSYS 仅读取最后施加的面载进行计算。 Command Family: F GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Flux e、生热率 生热率作为体载施加于单元上，可以模拟化学反应生热或电流生热。它的单位 是单位体积的热流率。 Command Family: BF GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Heat Generat ③、确定载荷步选项 对于一个热分析，可以确定普通选项、非线性选项以及输出控制
No Boundaries ANSYS热分析指南 a.普通选项 时间选项:虽然对于稳态热分析,时间选项并没有实际的物理意义,但它提供了 个方便的设置载荷步和载荷子步的方法 Command: TIME GUl: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time-Time Step/Time and Substa 每载荷步中子步的数量或时间步大小:对于非线性分析,每一载荷步需要多个子 Command: NSUBST GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc> Time and Substps Command: DELTIM GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time-Time Step 递进或阶越选项:如果定义阶越( stepped)选项,载荷值在这个载荷步内保持不变; 如果为递进( ramped)选项,则载荷值由上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线 性变化。 Command: KBC GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time-Time Step/Time and Substps b.非线性选项 迭代次数:本选项设置每一子步允许的最多的迭代次数。默认值为25,对大数 热分析问题足够。 Command: NEQIT GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Equilibrium Iter ·自动时间步长:对于非线性问题,可以自动设定子步间载荷的增长,保证求解的 稳定性和准确性。 Command: AUTots GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time-Time Step/Time and Substa 收敛误差:可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性 Command: CNVTOL GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Convergence Crit ·求解结束选项:如果在规定的迭代次数内,达不到收敛, ANSYS可以停止求解 或到下一载荷步继续求解。 Command: NCV GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Nolinear> Criteria to Stop ·线性搜索:设置本选项可使 ANSYS用 Newton- Raphson方法进行线性搜索 Command: LNSRCH GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Line Search 预测矫正:本选项可激活每一子步第一次迭代对自由度求解的预测矫正。 Command: pred GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Nolinear>predictor c.输出控制 控制打印输出:本选项可将任何结果数据输出到*out文件中。 Command: OUTPR GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls> Solu Printout ·控制结果文件:控制*rth的内容
No Boundaries ANSYS热分析指南 —————————————————————————————————————————————— a. 普通选项 • 时间选项：虽然对于稳态热分析，时间选项并没有实际的物理意义，但它提供了 一个方便的设置载荷步和载荷子步的方法。 Command: TIME GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps • 每载荷步中子步的数量或时间步大小：对于非线性分析，每一载荷步需要多个子 步。 Command: NSUBST GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps Command: DELTIM GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time-Time Step • 递进或阶越选项：如果定义阶越(stepped)选项，载荷值在这个载荷步内保持不变； 如果为递进(ramped)选项，则载荷值由上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线 性变化。 Command: KBC GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps b. 非线性选项 • 迭代次数：本选项设置每一子步允许的最多的迭代次数。默认值为 25，对大数 热分析问题足够。 Command: NEQIT GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Equilibrium Iter • 自动时间步长: 对于非线性问题，可以自动设定子步间载荷的增长，保证求解的 稳定性和准确性。 Command: AUTOTS GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substps • 收敛误差：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。 Command: CNVTOL GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Convergence Crit • 求解结束选项：如果在规定的迭代次数内，达不到收敛，ANSYS 可以停止求解 或到下一载荷步继续求解。 Command: NCNV GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Criteria to Stop • 线性搜索：设置本选项可使 ANSYS 用 Newton-Raphson 方法进行线性搜索。 Command: LNSRCH GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Line Search • 预测矫正：本选项可激活每一子步第一次迭代对自由度求解的预测矫正。 Command: PRED GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nolinear>Predictor c. 输出控制 • 控制打印输出：本选项可将任何结果数据输出到*.out 文件中。 Command: OUTPR GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout • 控制结果文件：控制*.rth 的内容
No Boundaries ANSYS热分析指南 Command: OUTRES GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File ④、确定分析选项 a. Newton- Raphson选项(仅对非线性分析有用) Command: NroPt GUI: Main Menu> Solution> Analysis Options b.选择求解器:可选择如下求解器中一个进行求解: Frontal solver(默认) Jacobi Conjugate Gradient(JCG) solver Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG)solver Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG Iterative(automatic solver selection option) Command EQSLV GUI: Main Menu> Solution>Analysis Options 注意:热分析可选用 Iterative选项进行快速求解,但如下情况除外 热分析包含SURF19或SURF22或超单元 热辐射分析 相变分析 需要 restart an analysis 确定绝对零度:在进行热辐射分析时,要将目前的温度值换算为绝对温度。如果 使用的温度单位是摄氏度,此值应设定为273:如果使用的是华氏度,则为460 Command: TOFFST GUI: Main Menu> Solution>Analysis Options ⑤、保存模型:点击 ANSYS工具条 SAVE DB ⑥、求解 Command: SOlvE GUI: Main Menu>Solution>Current LS 3、后处理 ANSYS将热分析的结果写入*,rth文件中,它包含如下数据: 基本数据: 节点温度 导出数据 节点及单元的热流密度 节点及单元的热梯度 单元热流率 节点的反作用热流率 其它 对于稳态热分析,可以使用POST1进行后处理,关于后处理的完整描述,可参 阅《 ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。 进入POST1后,读入载荷步和子步: Command: SET GUI: Main Menu>General Postproc>-Read Results-By Load Step
No Boundaries ANSYS热分析指南 —————————————————————————————————————————————— Command: OUTRES GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File ④、确定分析选项 a . Newton-Raphson 选项（仅对非线性分析有用） Command: NROPT GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options b. 选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解： • Frontal solver(默认） • Jacobi Conjugate Gradient(JCG) solver • JCG out-of-memory solver • Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver • Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG) • Iterative(automatic solver selection option) Command: EQSLV GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options 注意：热分析可选用 Iterative 选项进行快速求解，但如下情况除外： • 热分析包含 SURF19 或 SURF22 或超单元； • 热辐射分析； • 相变分析 • 需要 restart an analysis c. 确定绝对零度：在进行热辐射分析时，要将目前的温度值换算为绝对温度。如果 使用的温度单位是摄氏度，此值应设定为 273；如果使用的是华氏度，则为 460。 Command: TOFFST GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options ⑤、保存模型: 点击 ANSYS 工具条 SAVE_DB。 ⑥、求解 Command: SOLVE GUI: Main Menu>Solution>Current LS 3、后处理 ANSYS 将热分析的结果写入*.rth 文件中，它包含如下数据： 基本数据： • 节点温度 导出数据： • 节点及单元的热流密度 • 节点及单元的热梯度 • 单元热流率 • 节点的反作用热流率 • 其它 对于稳态热分析，可以使用 POST1 进行后处理，关于后处理的完整描述，可参 阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。 进入 POST1 后，读入载荷步和子步： Command: SET GUI: Main Menu>General Postproc> -Read Results-By Load Step
No Boundaries ANSYS热分析指南 可以通过如下三种方式查看结果: 彩色云图显示 Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB SF GUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu, Element Solu, Elem Table ·矢量图显示 Command: PLVECt GUI: Main Menu> General Postproc>Plot Results>Pre-defined or Userdefined 列表显示 Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOLS GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solu, Element Solu, Reaction Solu 详细过程请参阅《 ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》 实例1: 某一潜水艇可以简化为一圆筒,它由三层组成,最外面一层为不锈钢,中间为 玻纤隔热层,最里面为铝层,筒内为空气,筒外为海水,求内外壁面温度及温度分 布 几何参数:筒外径30feet 总壁厚 2 inch 不锈钢层壁厚0.75inch 玻纤层壁厚1inch 铝层壁厚 0.25inch 筒长 200 feet 导热系数不锈钢 8.27BTU/hr.ft.°F 玻纤 0.028 BTU/hr. ft oF 铝 117.4 BTU/hr. ft oF 边界条件空气温度 海水温度 空气对流系数2.5BTU/hr.ft2°F 海水对流系数80BTU/hrft2.°F 沿垂直于圆筒轴线作横截面,得到一圆环,取其中1度进行分析,如图示
No Boundaries ANSYS热分析指南 —————————————————————————————————————————————— 可以通过如下三种方式查看结果： • 彩色云图显示 Command: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等 GUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu, Element Solu, Elem Table • 矢量图显示 Command: PLVECT GUI: Main Menu>General Postproc>Plot Results>Pre -defined or Userdefined • 列表显示 Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等 GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solu, Element Solu, Reaction Solu 详细过程请参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。 实例1： 某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为 玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分 布。 几何参数：筒外径 30 feet 总壁厚 2 inch 不锈钢层壁厚 0.75inch 玻纤层壁厚 1 inch 铝层壁厚 0.25inch 筒长 200 feet 导热系数 不锈钢 8.27BTU/hr.ft.oF 玻纤 0.028 BTU/hr.ft.oF 铝 117.4 BTU/hr.ft.oF 边界条件 空气温度 70 oF 海水温度 44.5oF 空气对流系数 2.5 BTU/hr.ft 2 . oF 海水对流系数 80 BTU/hr.ft 2 . oF 沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中 1 度进行分析,如图示
No Boundaries ANSYS热分析指南 玻璃纤维不锈铈 空气 海水 RI5 fe 以下分别列出log文件和菜单文件 BFT !外径( Rs=15-(0.75/12)不锈钢层内径ft) Rins=15-(1.75/12)玻璃纤维层内径(ft Ra=15-(2/12) !铝层内径(ft !潜水艇内空气温度 Tsea=44.5 !海水温度 Kss=8.27 !不锈钢的导热系数(BTU/ hr. ft oF) Kins=0. 028 !玻璃纤维的导热系数( BTU/hi:ft:oF) Kal=1174 !铝的导热系数( BTU/hr. ft oF) Hair=2.5 !空气的对流系数( BTU/hr. fi2oF Hsea=80 !海水的对流系数( BTU/hr. ft2.oF) /prep t, 1, planes !定义二维热单元 mp, kxx, 1, Kss !设定不锈钢的导热系数 mp, kxx, 2, Kins 设定玻璃纤维的导热系数 mp, kxx, 3, Kal !设定铝的导热系数 pcirc, Ro, Rss,-0.5,0.5 !创建几何模型 Rss, Rins, -0.5,0.5 ns. Ral,0.5,0.5 lesize.1.16 !设定划分网格密度
No Boundaries ANSYS热分析指南 —————————————————————————————————————————————— 铝 玻璃纤维 不锈钢 R15 feet 空气 海水 以下分别列出 log 文件和菜单文件。 /filename, Steady1 /title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFT Ro=15 !外径(ft) Rss=15-(0.75/12) !不锈钢层内径 ft) Rins=15-(1.75/12) !玻璃纤维层内径(ft) Ral=15-(2/12) !铝层内径 (ft) Tair=70 !潜水艇内空气温度 Tsea=44.5 !海水温度 Kss=8.27 !不锈钢的导热系数 (BTU/hr.ft.oF) Kins=0.028 !玻璃纤维的导热系数 (BTU/hr.ft.oF) Kal=117.4 !铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF) Hair=2.5 !空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF) Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF) /prep7 et,1,plane55 !定义二维热单元 mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数 mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数 mp,kxx,3,Kal !设定铝的导热系数 pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5 !创建几何模型 pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5 pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5 aglue,all numcmp,area lesize,1,,,16 !设定划分网格密度 lesize,4,,,4 lesize,14,,,5