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命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOL
GUI：Main Menu>General Postproc>List Results>Element Solution Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu
3.6稳态热分析的实例1－带接管的圆筒罐
本例讲述了如何逐步对一个带接管的圆筒罐进行稳态热分析，包括批处理的方式和GUI的方式。
3.6.1 问题描述
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4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-ft-F
（1420watts/m-°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3-13所示。要求计算罐与接管的温度分布。
注意：注意：本例只是很多可能的热分析中的一个，并不是所有的热分析都完全按照与本例相同的步骤。材料属性及其周围的环境条件决定了一个分析应该包括哪些步骤。
表3-13实例的材料属性
温度 密度 导热系数 比热 对流换热系数 70 200 300 400 500 o2
2
o
F 3o0.285 0.285 0.285 0.285 0.285 lb/in 8.35 8.90 9.35 9.8 426 405 352 275 10.23 Btu/hr-ft-F o0.113 0.117 0.119 0.122 0.125 Btu/lb-F 221 Btu/hr-ft2-oF 图3-3圆柱罐与接管的相接模型（所有单位均为英制）
3.6.2 分析方法
取四分之一对称模型进行分析。假定罐体足够长，使其端部温度能保持常数华氏450度。同样的假设也用于Y=0的平面上。建模时，先定义两个圆柱体，再进行“overlap”布尔运算。采用映射网格划分（全六面体网格），分网时可能会出现警告信息说有扭曲单元存在，但可以不理会该警告，因为所产生的扭曲单元远离所关心的区域（两个柱体相交处）。
由于材料性质与温度相关，该分析需要多个子载荷步（本例用了50个子载荷步），同时，采用了自动时间步长功能。求解完毕后，温度云图和热流密度向量图详细显示了计算结果。
3.6.3 菜单操作过程 3.6.3.1设置分析标题
1、选择“Utility Menu>File>Change Title”。
2、输入“Steady-State analysis of pipe junction”，点击“OK”。 3.6.3.2设置单位制
在命令提示行输入/UNITS,BIN（该命令无法通过菜单完成）。 3.6.3.3定义单元类型
1、选择“Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete”。 2、点击Add,打开单元类型库对话框。
3、选择Thermal Solid，Brick 20 node 90号单元，点击OK和Close关闭单元选择菜单。
3.6.3.4定义材料属性
1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models” 在弹出的材料定义窗口中顺序双击Thermal选项。
2、点击Density，弹出一个对话框，在DENS框中输入0.285，材料编号1出现在材料定义窗口的左边。
3、在材料定义窗口中顺序双击Conductivity，Isotropic，弹出一个对话框。 4、点击Add Temperature 按钮四次，增加四列。 5、在T1到T5域，分别输入温度值： 70，200，300，400，500，选择温度行，用Ctrl-C拷贝温度值。
6、在KXX框中，按温度的顺序，序列输入下列值（注意，各KXX值都要除以12，以保证单位制一致）： 8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12。
7、在材料定义窗口中双击Specific Heat，弹出一个对话框
8、点击Add Temperature 按钮四次，增加四列 9、将鼠标置于T1域，用Ctrl-v粘贴5个温度值
10、在C框中，按温度的顺序，序列输入下列值0.113，0.117，0.119，0.122，0.125 11、在材料定义窗口中选择Material>New Model，建立新材料号2 12、在材料定义窗口，双击Convection 或 Film Coef 13、点击Add Temperature 按钮四次，增加四列 14、将鼠标置于T1域，用Ctrl-v粘贴5个温度值
15、在HF（对流换热系数）框中，按温度的顺序，序列输入下列值（注意，各HF值都要除以1144，以保证单位制一致）426/144，405/144，352/144，275/144， 221/144；
16、点击Graph按钮，查看对流换热系数与温度的关系曲线，然后点击OK 17、在材料定义窗口中选择Material>Exit退出材料定义窗口 18、在工具栏点击SAVE_DB保存数据库。 3.6.3.5定义几何模型参数
选择“Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters”，输入ri1=1.3，ro1=1.5，z1=2，ri2=0.4，ro2=0.5，z2=2；然后点击Close。 3.6.3.6创建几何模型
1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>By Dimensions”,在弹出菜单的Outer radius框中输入ro1，Optional inner radium框中输入ri1，Z coordinates框中输入0和Z1，Ending angle框中输入90。
2、选择“Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments”，在“XY,YZ,ZXAngles”框中输入0,-90。
3、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>By Dimensions”，Outer radius框中输入ro2 ， Optional inner radium框中输入ri2，Z coordinates框中输入0和Z2，Starting angle框中输入-90，Ending angle框中输入0。
4、选择“Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian”。 3.6.3.7进行布尔运算
选择“Main
Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans->Overlap>Volumes”，选择Pick All。 3.6.3.8观察几何模型
1、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Numbering”，将volumes设置为ON。
2、选择“Utility Menu>PlotCtrls>View Direction”，在“Coords of view point”框中输入-3,-1,1。
3、在工具栏点击SAVE_DB保存数据库。 3.6.3.9删除多余实体
选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Delete>Volume and Below”，拾取第三，四号体，或在命令输入行输入3,4回车。 3.6.3.10创建组件AREMOTE
本步将选择圆罐的Y,Z端面，并将它们定义为一个组件AREMOTE。
1、选择“Utility Menu>Select>Entities”，打开选择实体对话框。 2、在对话框中自上而下依次选择：Area，By location，Z Coordinates，在“Min， Max”框中输入Z1，选择From Full，点击APPLY。
3、接下来选择Y Coordinates，在“Min， Max”框中输入0，选择Also Select，点击OK。
4、选择“Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component”，在“Component name”框中输入AREMOTE，在“Components is made of”菜单中选择AREA 3.6.3.11将线叠加在面上显示
1、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Numbering”，打开Area和Line的编号
2、选择“Utility Menu>Plot>Areas”
3、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Erase Options”，将Erase between Plots按钮设置成Off
4、选择“Utility Menu>Plot>Lines”
5、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Erase Options”，将Erase between Plots按钮设置成On
3.6.3.12连接面及线
为划分映射式网格，连接端部的面和线。 1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Meshing->-Concatenate-Area”，选择Pick all。
2、选择“Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Concatenate->Lines”，拾取12和7号线（或在命令行中输入12,7并回车），点击APPLY；拾取10和5号线（或在命令行中输入10,5并回车），点击OK。 3.6.3.13设定网格密度
1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>Picked Lines”，选择线6和20，点击OK，在No. of element divisions框中输入4，点击OK。
2、选择“Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>Picked Lines”，选择线40，点击OK，在No. of element divisions框中输入6，点击OK。
3、选择“Utility Menu>Select>Everything”。
4、选择“Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>-Global->Size”，在element edge length框中输入0.4，点击OK。 3.6.3.14划分网格
1、选择“Main Menu>Preprocessor>-MeshTool”，弹出“MeshTool”对话框，用选择Hex，Mapped。
2、点击Mesh，选择Pick All。ANSYS对实体划分网格后，将会弹出一个对话框显示对单元形状的警告，点击Close将其关闭。
3、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Numbering”，将Line, Area, and Volume的按钮设置为Off，点击OK。
4、在工具栏点击SAVE_DB保存数据库。 3.6.3.15定义求解类型及选项
1、选择“Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis”，点击OK以选择缺省设置（Steady-State）。
2、选择“Main Menu>Solution>-Analysis Options”，点击OK以接受Newton- Raphson option的缺省设置（Program-chosen）。 3.6.3.16设定均一的起始温度
选择“Main Menu>Solution>- Loads-Apply> -Thermal- Temperature> Uniform Temp”，在弹出窗口的Uniform temperature框中输入450。
3.6.3.17施加对流载荷
1、选择“Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cylindrical”。 2、选择“Utility Menu>Select>Entities”，在对话框中自上而下依次选择：Nodes， By
location， X，在“Min， Max”框中输入ri1，选择From Full，点击OK。 3、选择“Main Menu>Solution>- Loads-Apply> -Thermal-Convection>On Nodes”，选择Pick All，在“Film coefficient”和“Bulk temperature”框中分别输入250/144及450，点击OK。
3.6.3.18在AREMOTE组件上施加温度约束
1、选择“Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Select Comp/Assembly”，点击OK以选中AREMOTE（当前只有一个组件）。
2、选择“Utility Menu>Select>Entities”，在对话框中自上而下依次选择：Nodes，Attached to，Area，All，选择From Full，点击OK。
3、选择“Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature>On Nodes”，选择Pick all，在Load TEMP value框中输入450，点击OK。 3.6.3.19施加与温度有关的对流边界条件
在接管的内表面施加随温度变化的对流边界条件。
1、选择“Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments”，在“XY,YZ,ZX Angles”框中输入0,-90,点击OK。
2、选择“Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS> At WP Origin”，在Type of coordinate system菜单中，选择Cylindrical 1，点击OK。
3、选择“Utility Menu>Select Entities”，在对话框中自上而下依次选择：Nodes， By location， X，在Min， Max框中输入ri2，选择From Full，点击OK。
4、选择“Main Menu>Solution>- Loads-Apply> -Thermal-Convection>On Nodes”，选择Pick All，在Film coefficient框中输入-2，在Bulk temperature框中输入100，点击OK。
5、选择“Utility Menu>Select>Everything”。
6、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Symbols”，在Show pres and convect as菜单中选择Arrow，点击OK。
5、选择“Utility Menu>Plot>Nodes”。 3.6.3.20恢复工作平面及坐标系统
1、选择“Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cartesian”。 2、选择“Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian”。
3.6.3.21设定载荷步选项
要为分析定义50个子步，选择“Main Menu>Solution>-Load Step
Options->Time/Frequenc>Time and Substeps”，在Number of substeps框中输入50，设置Automatic time stepping为On。
在工具栏点击SAVE_DB保存数据库。
3.6.3.22求解
选择“Main Menu>Solution>-Solve->Current LS”，查看分析选项是否正确，关闭/STAT窗口，点击OK。
3.6.3.23观察节点温度结果
1、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Style>Edge Options”，设置“Element outlines”框为Edge only，点击OK。
2、选择“Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu”，在弹出菜单的Item to be contoured项选择左边的DOF solution，右边的Temperature TEMP，点击OK。
3.6.3.24绘制热流矢量图
1、选择“Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Specified Coord Sys”，设置Coordinate system number为11，点击OK。
2、选择“Utility Menu>Select>Entities”，在对话框中自上而下依次选择：Nodes，By Location，X Coordinates，在“Min,Max”域输入ro2,点击Apply；选择Elements，Attached To，点击Apply；选择Nodes，Attached To，点击OK；
2、选择“Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Vector Plot-Predefined”，在Vector item to be plotted域选择左边的Flux & gradient，右边的Thermal flux TF，点击OK。
3.6.3.25退出ANSYS
点击工具栏中的QUIT，选择一种退出方式并点击OK。 3.6.2 等效的命令流方法
/PREP7
/TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction