有限元热分析

2013-08-14 by:设计分析培训中心来源:仿真在线

有限元热分析

1、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,换热器,管路系统,电子元件等.

2、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.

·_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.

3、ANSYS的热分析分类

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

4、与热有关的耦合分析

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

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:qn=-k*(dT/dx),式中qn为热流密度(W/m2),k为导热系数(W/m-℃),"-"表示热量流向温度降低的方向.
2,热对流
热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间,由于温差的存在引起的热量的交换.热对流可以分为两类:自然对流和强制对流.热对流用牛顿冷却方程来描述: qn= h*(TS-TB),式中h为对流换热系数(或称膜传热系数,给热系数,膜系数等), TS为固体表面的温度, TB为周围流体的温度.
3,热辐射
热辐射指物体发射电磁能,并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程.物体温度越高,单位时间辐射的热量越多.热传导和热对流都需要有传热介质,而热辐射无须任何介质.实质上,在真空中的热辐射效率最高.
在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射,系统中每个物体同时辐射并吸收热量.它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬—波尔兹曼方程来计算:q=εσA1F12(T14-T24),式中q为热流率, ε为辐射率(黑度), σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数,约为5.67×10-8W/m2.K4,A1为辐射面1的面积,F12为由辐射面1到辐射面2的形状系数,T1为辐射面1的绝对温度,T2为辐射面2的绝对温度.由上式可以看出,包含热辐射的热分析是高度非线性的.

热分析(thermal analysis,TA)是指用热力学参数或物理参数随温度变化的关系进行分析的方法。国际热分析协会(International Confederation for Thermal Analysis,ICTA)于1977年将热分析定义为:“热分析是测量在程序控制温度下,物质的物理性质与温度依赖关系的一类技术。”根据测定的物理参数又分为多种方法。最常用的热分析方法有:差(示)热分析(DTA)、热重量法(TG)、导数热重量法(DTG)、差示扫描量热法[1](DSC)、热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)。此外还有:逸气检测(EGD)、逸气分析(EGA)、扭辫热分析(TBA)、射气热分析、热微粒分析、热膨胀法、热发声法、热光学法、热电学法、热磁学法、温度滴定法、直接注入热焓法等。测定尺寸或体积、声学、光学、电学和磁学特性的有热膨胀法、热发声法、热传声法、热光学法、热电学法和热磁学法等。

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