ANSYS热分析指南与经典案例(3)

2021-02-21 12:13

ansys热分析学习的好材料并有经典教程

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:q 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:

, 为斯蒂芬-波尔 A1F12(T1 T2),式中q为热流率, 为辐射率(黑度)

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。

4

4

四、稳态传热

如果系统的净热流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量:q

流入

+q

生成

-q

流出

=0,则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变

化。稳态热分析的能量平衡方程为(以矩阵形式表示)

K T Q

式中: K 为传导矩阵,包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数;

T 为节点温度向量;

Q 为节点热流率向量,包含热生成;

ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件,生成 K 、

T 以及 Q 。

五、瞬态传热

瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒原理,瞬态热平衡可以表达为(以矩阵形式表示):

K T Q C T

式中:

K 为传导矩阵,包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数;

C 为比热矩阵,考虑系统内能的增加; T 为节点温度向量;


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