ANSYS(热辐射_第5节)

ANSYS热分析指南第一章 简介 (2)第二章 基础知识 (4)第三章 稳态热分析 (8)第四章 瞬态热分析 (43)第五章 表面效应单元 (66)第六章 热辐射分析 (90)第七章 热应力分析 (120)第一章 简介1.1 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，我们一般关心的参数有：温度的分布热量的增加或损失热梯度热流密度热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等等。

通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。

1.2 ANSYS中的热分析ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、ANSYS/FLOTRAN四种产品中支持热分析功能。

ANSYS热分析基于由能量守恒原理导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYS Theory Reference》。

ANSYS使用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。

ANSYS可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。

1.2.1 对流热对流在ANSYS中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。

首先需要输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS将计算出通过表面的热流量。

如果对流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系数。

1.2.2 辐射ANSYS提供了四种方法来解决非线性的辐射问题：辐射杆单元（LINK31）使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或SURF152-3D）在AUX12中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析使用Radiosity求解器方法有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。

1.2.3 特殊的问题除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS热分析还可以解决一些诸如：相变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。

6.9.4计算并验证形状系数选项然后可以计算形状系数，并验证和得到平均值。

计算并存储形状系数：命令：VFCALCGUI：Main Menu>Radiation>Compute可用如下命令列出所选择单元对的形状系数并计算平均系数：命令：VFQUERYGUI:Main Menu>Radiation>Query用如下命令可将平均系数提取出来：*GET,Par,RAD,VFAVG6.9.5设定载荷选项如果模型有均匀的温度，本步将设定初始温度。

还需要定义载荷步并将边界条件的变化形式设定为渐变。

对所有节点设定初始的均匀温度命令：TUNIFGUI:Main Menu>Solution>Settings>Uniform Temp设定载荷步数量或时间步命令： SUBST或DELTIMGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load StepOpts-Time/Frequenc>Freq and Substps or Time and Substps Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load StepOpts-Time/Frequenc>Time-Time Step由于热辐射是高度非线性的，应设定渐变的边界条件命令： KBCGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load StepOpts-Time/Frequency>Time-Time Step6.10静态热辐射分析的几点建议对于只有热流密度(HFLUX)或热流率（HEAT）边界条件的热辐射问题，或热辐射作为热传递主导方式的问题（即低导热系数），应采用“伪瞬态”求解方法来求解静态问题。

主要有如下三个步骤：1．在定义材料属性时，定义材料的密度和比热为常值。

设定这两个材料值的大小并不重要，因为最终是求解稳态问题；2．将求解类型设定为瞬态问题命令：ANTYPTGUI:Main Menu>Solution>New Analysis3．将准静态辐射分析求解为稳态问题命令：QSOPTGUI:Main Menu>Preprocessor>-Load StepOptions->Time/Frequency>Quasi-Static只有当SOLCONTROL,ON时，QSOPT命令才有效。

第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。

电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。

热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。

由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。

物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-8 6.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为“灰体”，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。

式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。

表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。

辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。

在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。

Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。

ANSYS热分析指南(第六章)第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。

电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。

热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。

由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。

物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-86.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为“灰体”，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。

式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。

表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dAI 及dAJ，然后进行数字积分。

辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。

在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。

Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。

目录第1章–介绍–概述–相关讲座&培训–其他信息来源第2章–基本概念第3章–稳态热传导(n o m a s s t r a n s p o r t o f h e a t)第4章–附加考虑非线性分析第5章–瞬态分析1-3 1-5 1-12 1-132-13-14-15-1第6章–复杂的,时间和空间变化的边界条件第7章–附加对流/热流载荷选项和简单的热/流单元第8章–辐射热传递–例题-使用辐射矩阵的热沉分析第9章–相变分析–相变分析例题-飞轮铸造分析第10章–耦合场分析6-1 7-18-1 8-43 9-1 9-14 10-1目录(续)第1章先决条件1章节内容概述12章节内容概述213章节内容概述310124章节内容概述43546章节内容概述6571章节内容概述7689章节内容概述1072相关讲座&培训2tT c h K Q qq E============t i m e t e m p e r a t u r e d e n s i t y s p e c i f i c h e a t f i l m c o e f f i c i e n t e m i s s i v i t y S t e f a n -B o l t z m a n n c o n s t a n t t h e r m a l c o n d u c t i v i t y h e a t f l o w (r a t e ) h e a t f l u x i n t e r n a l h e a t g e n e r a t i o n /v o l u m e e n e r g y ρεσ*&&&fA N S Y S()3223注,对于结构热容量,密度/G c和比热*G c经常使用该单位。

其中G c=386.4(l b m-i n c h)/(l b f-s e c2)A N S Y S(S I)3223–传导–对流–辐射•传导的热流由传导的傅立叶定律决定�•负号表示热沿梯度的反向流动(i .e ., 热从热的部分流向冷的).q K T n K T T n n n n n *=−∂∂=∂∂=h e a t f l o w r a t e p e r u n i t a r e a i n d i r e c t i o n n Wh e r e , = t h e r m a l c o n d u c t i v i t y i n d i r e c t i o n n= t e m p e r a t u r e t h e r m a l g r a d i e n t i n d i r e c t i o n n Tnq*dT d n•对流的热流由冷却的牛顿准则得出:•对流一般作为面边界条件施加qh T T h T T f S B f S B *()=−=h e a t f l o w r a t e p e r u n i t a r e a b e t w e e n s u r f a c e a n d f l u i d W h e r e , = c o n v e c t i v e f i l m c o e f f i c i e n t= s u r f a c e t e m p e r a t u r e = b u l k f l u i d t e m p e r a t u r e TB Ts•从平面i 到平面j 的辐射热流由施蒂芬-玻斯曼定律得出: •在A N S Y S 中将辐射按平面现象处理(i .e ., 体都假设为不透明的)。

ansys教程ANSYS是一种通用的有限元分析（FEA）软件，可用于模拟和分析各种物理现象和工程问题。

它具有强大的模拟能力，可以模拟结构力学、流体力学、热传导、电磁等多个领域的问题。

本教程将为读者介绍如何使用ANSYS进行基本的有限元分析，并包含以下内容：第一部分：ANSYS介绍本节将介绍ANSYS的基本概念和核心功能，包括有限元分析的原理和步骤，ANSYS的安装和界面介绍等。

第二部分：模型建立本节将讲解如何使用ANSYS建立模型，包括几何建模和网格划分，以及如何导入外部模型。

第三部分：边界条件和加载本节将介绍如何定义边界条件和加载条件，包括约束条件、外部力和热辐射等。

第四部分：网格生成和求解本节将讲解如何进行网格生成和求解，包括网格生成器的选择和参数设置，以及求解器的选择和设置。

第五部分：结果分析本节将介绍如何分析并解释ANSYS的结果输出，包括应力、位移、温度等。

第六部分：高级功能本节将介绍ANSYS的一些高级功能，如优化、参数化和动态分析等。

第七部分：实例分析本节将通过一些实际案例来演示如何使用ANSYS解决工程问题，包括结构强度、流体流动等。

本教程将使用ANSYS的最新版本进行讲解，读者可以根据自己对ANSYS的需求选择相应的版本。

同时，在教程中还会提供一些ANSYS的使用技巧和注意事项，以帮助读者更好地掌握和应用ANSYS。

在学习和使用ANSYS时，读者需要具备基本的工程力学和数学知识，并具备一定的计算机和编程基础。

同时，由于ANSYS是一款功能强大且复杂的软件，初学者可能需要花费一些时间来熟悉和掌握它的使用方法。

总之，本教程将为读者提供一个系统和全面的学习ANSYS的指南，帮助读者快速入门并能独立使用ANSYS进行工程分析和模拟。

希望读者能通过本教程充分了解和掌握ANSYS的功能和应用，提高工程问题的解决能力。

如果读者能够深入研究并掌握ANSYS，将为其未来的工作和研究提供极大的帮助。

第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。

电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。

热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。

由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。

物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-8 6.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为―灰体‖，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。

式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。

表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。

辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。

在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。

Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。

A N S Y S热分析详解解析-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一章简介一、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、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。

二、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,其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。

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。

三、ANSYS 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四、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－结构耦合等第二章基础知识一、符号与单位W/m 2-℃二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律:●对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=-式中: Q —— 热量;W —— 作功;∆U ——系统内能; ∆KE ——系统动能； ∆PE ——系统势能；● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ∆=；●对于稳态热分析：0=∆=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ●对于瞬态热分析：dtdUq =，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。

三、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：dxdT kq -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。

ansys热分析ANSYS热分析引言热分析是一种在工程领域广泛应用的分析方法，它可以用来研究物体在不同温度条件下的热传导、热扩散和热辐射等问题。

ANSYS是一款被广泛应用于工程仿真的软件，其中包括了强大的热分析功能。

本文将介绍ANSYS热分析的基本原理、流程以及在不同工程领域中的应用。

一、ANSYS热分析的基本原理ANSYS热分析基于热传导和热辐射的基本原理，通过数学和物理模型来描述和分析物体在不同温度条件下的热行为。

热传导是指热能通过物质内部的分子运动传递的过程，而热辐射则是指物体通过电磁波的辐射传递热能的过程。

热分析可以帮助工程师预测和优化物体在真实工作环境下的热性能，从而提高产品的质量和可靠性。

二、ANSYS热分析的流程ANSYS热分析的流程通常包括几个基本步骤，下面将逐一介绍：1. 几何建模：在进行热分析之前，需要通过ANSYS软件进行几何建模，将待分析的物体建模成三维几何模型。

这一步骤可以使用ANSYS的几何建模工具来完成，如DesignModeler等。

2. 网格划分：在几何建模完成后，需要将几何模型分割成小的单元，如三角形或四边形等，以便进行数值计算。

这一步骤被称为网格划分或网格生成，通常使用ANSYS的网格划分工具进行。

3. 材料属性设置：在进行热分析之前，需要对物体的材料属性进行设置，如热导率、比热容等。

这些参数将影响热传导的速度和过程。

4. 边界条件设置：在热分析中，需要设置物体的边界条件，如温度边界条件、热通量边界条件等。

这些边界条件描述了物体在不同部位的热输入和输出。

5. 求解和结果分析：在完成前面的步骤后，可以使用ANSYS的求解器来求解热传导方程和辐射传热方程。

求解完成后，可以对结果进行分析，如温度分布、热流量等。

三、ANSYS热分析在不同工程领域中的应用1. 汽车工程：ANSYS热分析在汽车工程领域中有着广泛的应用。

例如，可以通过热分析来研究发动机的热耗散问题，优化散热系统的设计，提高发动机的工作效率和寿命。

ANSYS热分析指南第五章热辐射一、什么是热辐射辐射是一种通过电磁波传递能量的方式。

电磁波以光速传播且无需任何介质。

热辐射仅为电磁波谱中的一小段。

因为由于热辐射引起的热流与物体表面绝对温度的四次方成正比，因此热辐射分析是高度非线性的。

二、分析热辐射问题ANSYS 提供了三种方法分析热辐射问题：· 用LINK31，辐射线单元，分析两个点或多对点之间的热辐射；· 用表面效应单元SURF19 或SURF22，分析点对面的热辐射；· 用AUX12，热辐射矩阵生成器，分析面与面之间的热辐射以上三种方法既可用于稳态热分析，也可用于瞬态热分析。

热辐射分析要注意温度的单位制，因为计算热辐射使用的温度单位是绝对温度。

如果在加载时使用的是华氏温度，就要设置460 的差值；如果为摄氏温度，差值为273。

Command:TOFFSTGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis OptionsGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options三、使用LINK31—辐射线单元LINK31 是一个两节点非线性线单元，用于计算由辐射引起的两点之间的热传递。

此单元要求输入如下的实常数：· 有效的热辐射面积；· 形状系数· 辐射率· Stefan-Boltzmann 常数四、使用表面效应单元表面效应单元可以方便地分析点与面之间的辐射传热。

SURF19 用于两维模型，SURF22 用于三维模型。

单元应设置为包含辐射KEYOPT(9)。

五、使用AUX12—辐射矩阵生成器此方法用于计算多个辐射面之间的辐射传热。

这种方法生成辐射面之间形状系数矩阵，并将此矩阵作为超单元用于热分析。

PDF 文件使用"pdfFactory Pro" 试用版本创建No Boundaries ANSYS热分析指南——————————————————————————————————————————————AUX12 方法由三个步骤组成：· 定义辐射面· 生成辐射矩阵· 在热分析中使用辐射矩阵1?￠定义辐射面￡¨1￡?在PREP7 中建模、划分网格。

ANSYS热辐射解析第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。

电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。

热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。

由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。

物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-8 6.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为―灰体‖，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。

式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。

表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。

辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。

在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。

Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。