ANSYS传热分析实例汇总.docx

ANSYS传热分析实例汇总
ANSYS传热分析实例汇总

编辑整理：

尊敬的读者朋友们：
这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（ANSYS传热分析实例汇总）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为ANSYS传热分析实例汇总的全部内容。

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。75 inch
玻纤层壁厚 1 inch
铝层壁厚 0。25 inch
筒长 200 feet
导热系数 不锈钢 8.27 BTU/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。5 oF
空气对流系数 2.5 BTU/hr。ft2。oF
海水对流系数 80 BTU/hr。ft2。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。

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
lesize，16，,,2
eshape,2 ！设定为映射网格划分
mat，1
amesh,1
mat，2
amesh，2
mat,3
amesh，3

/SOLU
SFL,11，CONV，HAIR,,TAIR !施加空气对流边界
SFL,1，CONV,HSEA，,TSEA ！施加海水对流边界
SOLVE

/POST1
PLNSOL !输出温度彩色云图
finish
菜单操作：
1. Utility Menu〉File>change jobename, 输入Steady1;
2. Utility Menu>File〉change title,输入Steady—state thermal analysis of submarine;
3. 在命令行输入：/units， BFT；
4. Main Menu: Preprocessor；
5. Main Menu: Preprocessor>Element Type〉Add/Edit/Delete，选择PLANE55;
6. Main Menu: Preprocessor>Material Prop〉-Constant-Isotropic，默认材料编号为1,在KXX框中输入8.27，选择APPLY,输入材料编号为2，在KXX框中输入0。028,选择APPLY，输入材料编号为3，在KXX框中输入117.4；
7. Main Menu: Preprocessor>—Modeling->Create〉-Areas-Circle〉By Dimensions ,在RAD1中输入15，在RAD2中输入15—(。75/12)，在THERA1中输入-0。5,在THERA2中输入0。5,选择APPLY,在RAD1中输入15-（.75/12），在RAD2中输入15—（1.75/12),选择APPLY,在RAD1中输入15—(1。75/12）,在RAD2中输入15—2/12，选择OK；
8. Main Menu： Preprocessor>-Modeling—〉Operate>-Booleane—>Glue〉Area，选择PICK ALL;
9. Main Menu： Preprocessor〉—Meshing—Size Contrls〉-Lines—Picked Lines，选择不锈钢层短边,在NDIV框中输入4,选择APPLY,选择玻璃纤维层的短边，在NDIV框中输入5，选择APPLY,选择铝层的短边，在NDIV框中输入2，选择APPLY,选择四个长边，在NDIV中输入16;
10. Main Menu: Preprocessor〉-Attributes—Define>Picked Area，选择不锈钢层，在MAT框中输入1,选择APPLY,选择玻璃纤维层,在MAT框中输入2,选择APPLY，选择铝层,在MAT框中输入3,选择OK；
11. Main Menu： Preprocessor>-Meshing—Mesh〉—Areas-Mapped>3 or 4 sided，选择PICK ALL；
12. Main Menu: Solution〉—Loads-Apply>-Thermal-Convection>On lines，选择不锈钢外壁，在VALI框中输入80,在VAL2I框中输入44.5,选择APPLY，选择铝层内壁，在VALI框中输入2。5,在VAL2I框中输入70，选择OK；
13. Main Menu： Solution>-Solve—Current LS；
14. Main Menu： General Postproc〉Plot Results>-Contour Plot—Nodal Solu，选择Temperature.

对流换热系数
定义：流体与固体表面之间的换热能力,比如说，物体表面与附近空气温差1℃,单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。单位为W/(m^2·℃）。表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位、表面与流体之间的温差以及流体的流速等都有密切关系。物体表面附近的流体的流速愈大,其表面对流换热系数也愈大.如人处在风速较大的环境中,由于皮肤表面的对流换热系数较大，其散热(或吸热）量也较大。对流换热系数可用经验公式计算，通常用巴兹公式计算.
的大致量级：空气自然对流  5 ~ 25 ，气体强制对流  20 ～ 100。

实例2:
　　一钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图所示:

砂模的热物理性能如下表所示:

单位制

导热系数（KXX）
Btu/hr。in。oF
0.025
密度（DENS）
lbm/in3
0。254
比热(C）
Btu/lbm.oF
0.28

铸钢的热物理性能如下表所示:

单位制
0oF
2643oF
2750oF
2875oF
导热系数
Btu/hr。in。oF
1。44
1。54
1.22
1。22
焓
Btu/in3
0
128。1
163。8
174.2

初始条件:铸钢的温度为2875oF，砂模的温度为80oF；
砂模外边界的对流边界条件：对流系数0.014Btu/hr.in2.oF，空气温度80oF；
求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。

/Title， Casting Solidification

！进入前处理
/prep7
et，1，plane55 ！定义单元
mp，dens，1，0.254 !定义砂模热性能
mp,kxx,1，0。025
mp，c，1，0.28
mptemp，1,0,2643,2750,2875 !定义铸钢的热性能
mpdata,kxx，2,1。44,1.54，1。22,1.22
mpdata，enth，2，0，128。1,163.8，174.2
mpplot，kxx，2
mpplot,enth,2
save
!创建几何模型
k，1,0,0，0
k，2，22，0,0
k，3,10,12,0
k，4,0,12，0
/pnum,kp,1
/pnum,line，1
/pnum，area,1
/Triad,ltop
kplot
a，1,2，3,4
save
rectng,4，22，4，8
aplot
aovlap,all
adele,3
aplot
save
！划分网格
esize,1
amesh,5
mat，2
aplot
amesh，4
eplot
/pnum,elem
/number,1
save

！进入加载求解
/SOLU
antype，trans !设定为瞬态分析
esel，s,mat,,2 ！设定铸钢的初始温度
nsle,s
/replot
ic，all，temp,2875
esel,inve ！设定砂模的初始温度
nsle,s
/replot
ic,all，temp,80
allsel
save
lplot
sfl，1,CONV，0.014，,80 ！设定砂模外边界对流
sfl，3，CONV，0.014,，80
sfl，4，CONV,0.014，，80
/psf，conv，2
time,3 ！设定瞬态分析时间
kbc,1 ！设定为阶越的载荷
autots，on ！打开自动时间步长
deltim,0.01，0.001,0.25 ！设定时间步长
timint,on ！打开时间积分
tintp,,，，1 ！将THETA设定为1
outres,all,all !输入每个子步的结果
solve

！进入后处理
/post26
/pnum，node，1
/number，0
eplot
nsol，2,204，temp，center ！设定铸钢中心点温度随时间的变量
plvar，2 ！绘制温度～时间曲线
save
finish

菜单操作：
1. Utility Menu>File>Change Title, 输入Casting Solidification；
2. 定义单元类型:Main Menu〉Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, Add， Quad 4node 55；
3. 定义砂模热性能：Main Menu>Preprocessor〉Material Props>Isotropic, 默认材料编号1， 在Density(DENS)框中输入0。054, 在Thermal conductivity (KXX）框中输入0。025， 在Specific heat(C)框中输入0.28;
4. 定义铸钢热性能温度表：Main Menu>Preprocessor>Material Props〉—Temp Dependent—〉Temp Table， 输入T1=0,T2=2643， T3=2750， T4=2875;
5. 定义铸钢热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props〉—Temp Dependent ->Prop Table， 选择Th Conductivity，选择KXX， 输入材料编号2，输入C1=1.44, C2=1。54, C3=1。22， C4=1.22，选择Apply， 选择Enthalpy,输入C1=0, C2=128.1, C3=163.8， C4=174。2；
6. 创建关键点:Main Menu>Preprocessor>—Modeling->Create>Keypoints〉In Active CS,输入关键点编号1,输入坐标0，0，0， 输入关键点编号2, 输入坐标22,0,0， 输入关键点编号3， 输入坐标10,12，0, 输入关键点编号4， 输入坐标0，12,0；
7. 创建几何模型:Main Menu〉Preprocessor〉-Modeling—>Create〉—Areas-〉Arbitrary〉Through KPs，顺序选取关键点1,2，3,4；
8. Main Menu〉Preprocessor〉-Modeling->Create>-Areas—>Rectangle〉By Dimension,输入X1=4，X2=22,Y1=4，Y2=8；
9. 进行布尔操作：Main Menu〉Preprocessor〉-Modeling—〉Operate>—Booleans—〉Overlap〉Area,Pick all；
10. 删除多余面:Main Menu〉Preprocessor>-Modeling-〉Delete>Area and Below,3
11. 保存数据库:在Ansys Toolbar中选取SAVE_DB；
12. 定义单元大小：Main Menu>Preprocessor>-Meshing-〉Size Cntrls>-Global->Size， 在Element edge length框中输入1；
13. 对砂模划分网格:Main Menu>Preprocessor>-Meshing—〉Mesh>—Areas-〉Free,选择砂模;
14. 对铸钢划分网格：Main Menu>Preprocessor>-Attributes-〉Define〉Default Attribs， 在Material number菜单中选择2；
15. Main Menu>Preprocessor>-Meshing-〉Mesh>—Areas—>Free,选择铸钢;
16. 定义分析类型：Main Menu〉Solution〉-Analysis Type—〉New Analysis, 选择Transient；
17. 选择铸钢上的节点:Utility Menu〉Select〉Entities, 选择element，mat，输入2,选择Apply，选择node, attached to element,选择OK;
18. 定义铸钢的初始温度：Main Menu〉Solution〉-Loads—>Apply>Initial Condit'n>Define, 选择Pick all,选择temp, 输入2875， OK;
19. 选择砂模上的节点：Utility Menu>Select〉Entities,Nodes, inverse
20. 定义砂模的初始温度：Main Menu>Solution>—Loads—〉Apply>Initial Condit’n〉Define, 选择Pick all, 选择temp， 输入80, OK;
21. Utility Menu>Select>Everything；
22. Utility Menu>Plot>Lines；
23. 定义对流边界条件:　Main Menu>Solution〉—Loads—〉Apply〉—Thermal-〉Converction〉On Lines,选择砂模的三个边界1,3，4， 在file coefficent框中输入80, 在Bulk temperature框中输入， 80；
24. 设定瞬态分析时间选项:
Main Menu>Solution〉Load Step Opts〉Time/Frequenc〉Time-Time Step,
Time at end of load step 3
Time Step size 0。01
Stepped or ramped b.c. Stepped
Automatic time stepping on
Minimun time Step size 0.001
Maximum time step size 0。25
25. 设置输出:Main Menu〉Solution>Load Step Opts>Output Ctrls〉DB/Results File， 在File write frequency框中选择Every substep;
26. 求解:Main Menu>Solution>-Solve—〉Current LS;
27. 进入后处理: Main Menu〉Timehist Postproc；
28. 定义铸钢中心节点的温度变量：　Main Menu>Timehist Postproc〉Define Variables， Add, Nodal DOF result，2,204；
29. 绘制节点温度随时间变化曲线：Main Menu〉Timehist Postproc〉Graph Variable,2.