ANSYS培训教程：热分析-热辐射
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。
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:TOFFST
GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis Options
GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options
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
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。
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 【精品文档】
2 (1)、PREP7中建模、划分网格。辐射面往往是3D模型中的面或2D模型中的边，如下图所示：
传热学上机实验指导书
ANSYS Workbench 热分析基础教程
编制：杨润泽
汽车工程系热能教研室
2012年7月 1. 大平板一维稳态导热问题
1.1. 问题描述
长500mm，宽300mm，厚度30mm的大钢板，钢板上下表面的温度分别为200℃
和60℃，钢的导热率为30W/(m·K)，试分析钢板温度分布和热流密度。
图 1-1 大平板一维稳态导热模型
1.2. 问题分析
该问题为稳态导热问题，分析思路如下：
1. 选择稳态热分析系统。
2. 确定材料参数：稳态导热问题，仅输入平板导热率。
3. 【DesignModeler】建立钢板的几何模型。
4. 进入【Mechanical】分析程序。
5. 网格划分：采用系统默认网格。
6. 施加边界条件：钢板上下表面施加温度载荷，四周对称面无热量交换，为绝热边界，
系统默认无需输入。
7. 设置需要的结果：温度分布和热流密度。
8. 求解及结果显示。
1.3. 数值模拟过程
1、选择稳态热分析系统
1) 工程图解中调入稳态热分析系统Steady-State Thermal（ANSYS） 2) 工程命名Conduction Thermal Analysis
3) 保存工程名为Conduction Heat Transfer
2、确定材料参数
1) 编辑工程数据模型，添加材料的导热率，右击鼠标选择【Engineering Data】【Edit】
2) 选择钢材料属性【Properties of Outline Row 3: Structure Steel】【Isotropic Thermal
Conductivity】
3) 出现【Table of Properties Row 2: Thermal Conductivity】材料属性表，双击鼠标，
点击每个区域输入材料属性参数：温度20℃，导热率30W/(m·℃)。
4) 参数输完后，工程数据表显示导热率-温度图表。
文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持.
1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. 6-1文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持.
1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. • 本章练习稳态热分析的模拟，包括：
A. 几何模型
B. 组件-实体接触
C. 热载荷
D. 求解选项
E. 结果和后处理
F. 作业 6.1
• 本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了
ANSYS Structural
• 提示：在 ANSYS 热分析 的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持.
1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. • 对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得：• 假设： KT TQT – 在稳态分析中不考虑瞬态影响
– [K] 可以是一个常量或是温度的函数
– {Q}可以是一个常量或是温度的函数文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持.
1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. • 上述方程基于傅里叶定律：
• 固体内部的热流（Fourier’s Law）是 [K]的基础；
• 热通量、热流率、以及对流 在{Q} 为边界条件；
• 对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关
• 在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持.
1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. • 热分析里所有实体类都被约束：
– 体、面、线
• 线实体的截面和轴向在 DesignModeler中定义
• 热分析里不可以使用点质量（Point Mass）的特性
Ansys 热分析教程
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
项目 国际单位 英制单位 ANSYS代号
长度 m ft
时间 s s
质量 Kg lbm
温度 ℃ oF
力 N lbf
能量（热量） J BTU
功率（热流率） W BTU/sec
热流密度 W/m2 BTU/sec-ft2
生热速率 W/m3 BTU/sec-ft3
导热系数 W/m-℃ BTU/sec-ft-oF KXX
对流系数 W/m2-℃ BTU/sec-ft2-oF HF 密度 Kg/m3 lbm/ft3 DENS
比热 J/Kg-℃ BTU/lbm-oF C
焓 J/m3 BTU/ft3 ENTH
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〕
式中:
Q—— 热量;
