NX CAE辐射热分析

常用CAE分析简介1. 有限元分析（FEA）：有限元分析是一种将复杂结构分解为简单单元的方法，通过求解这些单元的力学行为，从而得到整个结构的力学性能。

有限元分析广泛应用于结构分析、热分析、流体分析等领域，可以帮助工程师评估设计的强度、刚度、稳定性等性能指标。

2. 计算流体动力学（CFD）：计算流体动力学是一种利用数值方法模拟流体流动问题的方法。

通过CFD分析，工程师可以了解流体在特定条件下的速度、压力、温度等参数，从而优化设计，提高设备的性能。

CFD分析广泛应用于航空航天、汽车、化工、建筑等领域。

3. 多体动力学（MBD）：多体动力学是一种模拟多个刚体之间相互作用的力学分析方法。

通过MBD分析，工程师可以研究机械系统的运动特性、动力学性能和振动特性，从而优化设计，提高设备的可靠性。

MBD分析广泛应用于汽车、、航天器等领域。

4. 优化设计：优化设计是一种在满足一定约束条件下，寻找最优设计方案的方法。

通过优化设计，工程师可以在保证产品质量的前提下，降低成本、提高性能。

优化设计方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法等。

5. 可靠性分析：可靠性分析是一种评估产品在使用过程中发生故障的概率的方法。

通过可靠性分析，工程师可以了解产品的故障模式和故障原因，从而优化设计，提高产品的可靠性。

可靠性分析方法包括故障树分析、故障模式与影响分析等。

CAE分析在工程领域具有广泛的应用，可以帮助工程师在设计阶段发现潜在问题，优化设计，提高产品质量和降低成本。

随着计算机技术的不断发展，CAE分析将在未来发挥越来越重要的作用。

6. 热分析：热分析是一种评估产品在温度变化下的热传导、热对流和热辐射性能的方法。

通过热分析，工程师可以了解产品在不同温度条件下的热性能，从而优化设计，提高产品的热效率和热稳定性。

热分析广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。

7. 声学分析：声学分析是一种评估产品在声波作用下的声学性能的方法。

通过声学分析，工程师可以了解产品在不同频率下的声压级、声强级和声功率级等参数，从而优化设计，提高产品的声学性能。

基于ANSYS的辐射管高温变形及热应力分析芦利军;张玉宝;高耀东;贾欣;李占国;王伟【摘要】本文采用Fluent软件模拟计算,在充分燃烧条件下辐射管内部流体温度分布和辐射管管体温度分布,并在计算结果基础上应用ANSYS流固耦合模拟计算辐射管在900℃炉温环境中,辐射管的高温变形和热应力分布.【期刊名称】《四川职业技术学院学报》【年(卷),期】2017(027)004【总页数】4页(P143-146)【关键词】Fluent;辐射管;流固耦合;高温变形;热应力【作者】芦利军;张玉宝;高耀东;贾欣;李占国;王伟【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010;包钢薄板坯连铸连轧厂,内蒙古包头014010;包钢薄板坯连铸连轧厂,内蒙古包头014010;包钢薄板坯连铸连轧厂,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】X703辐射管广泛应用于工业加热炉，是加热炉的主要加热元件.现在主要使用的辐射管有燃气辐射管和电加热辐射管.燃气辐射管的热效率比电加热辐射管的热效率高一倍以上．因此，燃气辐射管的应用最为广泛[1].燃气辐射管里的气体燃料在辐射管内燃烧，以热辐射的形式把热量传递给被加热物体，燃烧产物不与被加热物体接触，避免被加热物体的氧化，并且不会造成气氛污染，使炉膛内的气氛便于控制和调节，非常适合于产品表面质量要求较高的场合使用．辐射管内的气体通过燃烧将热量传递给辐射管，辐射管在高温环境下连续工作，在交变热应力和自身重力的作用下，极易产生变形和损坏，造成辐射管的失效，辐射管失效是工业生产中备受关注的焦点[2]．许多专家学者对辐射管进行研究，Y.Orcan,Cardella.A和Ahmet N.Eraslan研究了辐射管的热应力[3-5]，也有部分专家学者对辐射管的内部燃烧流场以及温度分布做了研究[6]．本文采用Fluent模拟计算辐射管内部流体在充分燃烧条件下流体的温度分布和辐射管管体温度分布[7]，并在计算结果基础上使用ANSYS流固耦合模拟计算辐射管在900℃炉温环境中，辐射管的高温变形和热应力分布．既研究了辐射管的燃烧情况，又研究了辐射管的结构特性，对辐射管下一步研究有一定参考价值[8-10]．辐射管由烧嘴（包含换热器）、内管、辐射管外管等组成，如图1．冷助燃空气经烧嘴助燃空气入口进入金属换热器，沿换热器内壁进入烧嘴燃烧室，高温废气沿换热器外壁以相反的方向流出，冷助燃空气和高温废气之间通过换热器进行热交换，热交换后助燃空气温度预热到650℃；天然气经烧嘴天然气入口进入烧嘴燃烧室，两种气体在烧嘴燃烧室内充分混合，点火电极点燃后燃烧，火焰主要在陶瓷内管里燃烧，燃烧产生的高温废气沿陶瓷内管经辐射管尾部沿辐射管内壁与陶瓷内管外壁之间的缝隙流出，高温废气沿金属换热器外壁预热助燃空气后，高温废气降到200℃经高温废气出口排出．本文研究的计算模型包括辐射管内流体、辐射管．辐射管几何模型具有对称性，各加载与约束条件同样具有对称性，因此，其有限元分析中的模型可对称处理，如图2.辐射管变形和热应力不仅受到流体热的影响，还受到炉温结构热的影响，因此，建立流体有限元模型和辐射管有限元模型，如图3.本文采用Fluent计算流体分析过程，考虑流体在管道内的湍流，选择k-ε两方程湍流模型[11]，天然气与助燃空气燃烧后的主要成分为二氧化碳和水，其中二氧化碳含量更高，因此本文假设内管内的流体为二氧化碳，在充分燃烧情况下，天然气燃烧会产生2300℃的高温，天然气和助燃空气入口的压力为分别为75 m bar和65 m bar，辐射管外壁边界条件设置为：对流散热系数12 w/m^2-K，炉温900℃；辐射率0.95，炉温900℃，经模拟计算辐射管内流体压力分布（图4）、流体温度分布（图5）．通过ANSYS Workbench的热应力模块将Fluent里气体边界层即流体的温度传到辐射管管体上，辐射管将热应力模块得到的管体温度分布传递到结构分析模块进行不均匀温度场及自重下的变形和热应力分析．边界条件设定：图6为辐射管在炉内的安装图，炉墙外辐射管的端面与烧嘴用螺栓连接，限制辐射管端面径向、垂直方向和轴向位移，因此在辐射管端面施加全约束；炉墙处，辐射管与炉墙之间存在足够的间隙，允许辐射管自由膨胀；中部用吊架浮动托起辐射管，限制辐射管在径向、垂直方向上的位移，只允许沿轴向自由膨胀，因此在吊架处施加径向、垂直方向上的约束，另外施加辐射管内流体压力载荷（图4），辐射管管壁温度载荷（图7），模拟计算辐射管在900℃炉温环境中的高温变形和热应力分布[12]．辐射管的安装结构是合理的,辐射管端部法兰和烧嘴用螺栓连接在炉墙上,限制了辐射管端部在径向、垂直方向、轴向3个方向上的自由度，因此，辐射管端部变形量几乎为0；中部两个吊架浮动托住辐射管，限制了辐射管在径向和垂直方向2个方向上的自由度，因此，辐射管在径向、垂直方向上变形量较小，径向方向最大变形量5.5816 m m，垂直方向最大变形量3.2957 m m；辐射管轴向上没有任何约束，因此，辐射管沿轴向变形量较大，最大变形量84.125 m m，因此安装时需要在轴向上留出足够的距离，保证辐射管在轴向上的最大变形量，以防辐射管变形后撞到炉墙上．【相关文献】[1]宋国平.电加热与燃气加热网带炉的分析比较[J].轴承,2012(1):21-22.[2]MOHAMMAD I, WALT C. Thermal stresses in radiant tubes: A comparison between recuperative and regenerative systems [J]. Applied Thermal Engineering,2010, (30): 196 -200.[3]ORCAN Y, ERASLAN A. N. Thermal stresses in elasticplastic tubes with temperature-dependent mechanical and thermal properties [J]. Journal of Thermal Stresses, 2001, (24): 1097-1113.[4]CARDELLA A. Analytical methodology and boundary problem for computing temperature and thermal stresses in tubes [J]. Fuel and Energy Abstracts,2002, 20(1): 61-67.[5]AHMET N. E, YUSUF O. Computation of transient thermal stresses in elastic-plastic tubes: effect of coupling and temperature-dependent physical properties [J]. Journal of Thermal Stresses, 2002(25): 559-572.[6]丁建亮,刘训良,温治,等.直套管型自身预热式辐射管数值模拟[J].工业炉,2009,31(6):1-4.[7]曹先清.影响辐射管管壁温度均匀性因素的仿真分析[D].包头:内蒙古科技大学,2014.[8]汪建新,郑小伟,吴启明.W型辐射管的高温变形分析及合理结构探讨[J].机械设计与研究,2014,30(4):148-150.[9]汪建新,郑小伟,吴启明.W型辐射管的燃烧优化以及流固耦合分析方法研究[J].内蒙古科技大学学报,2014,33(1):70-73.[10]邱晓宁,吴启明,汪建新.W型辐射管高温应力的有限元分析[J].内蒙古科技大学学报,2013,32(3):248-250.[11]余华兵,康士廷,胡仁喜.F L U E N T流场分析[M].北京:机械工业出版社,2014.[12]高耀东,刘学杰.ANSYS机械工程应用精华50例[M].北京:电子工业出版社,2011.。

NX空间系统热简介NX 空间系统热简介NX 空间系统热是⼀个⽤于空间和⼀般应⽤的综合热和辐射仿真⼯具套件。

与NX Nastran 相同，NX 空间系统热是特定于⾼级仿真环境的。

系统架构提供了Teamcenter ⼯具的完全使⽤，以控制多个设计迭代和案例研究。

热分析结果可以⽤作NX Nastran 求解器中热应⼒和挠曲分析的边界条件。

NX 空间系统热的共轭梯度求解器使⽤了稳定的双共轭梯度技术，以及⼀个预设定条件的矩阵。

它将Newton-Raphson ⽅法⽤于⾮线性条件，使运⾏状况不良的⼤型系统提⾼了性能。

此求解器通过复杂围场和遮挡表⾯的⾃动视⾓因⼦计算，对漫射辐射交换进⾏仿真。

热边界条件和流边界条件均可以定义为恒定的或随时间变化的。

NX 空间系统热包括下列辐射建模特征：辐射仿真辐射交换的完整建模轨道环境加热任意辐射源漫射、镜⾯反射和透射表⾯接合、⾃转装配与⾓度相关的镜⾯反射率、透射率与温度相关的发射率实体中的折射、射线消光辐射计算技术视⾓因⼦，使⽤半⽴⽅体或分析⽅法镜⾯反射的确定性射线跟踪（双程⽅法）视⾓因⼦的迭代校正到消除视⾓因⼦残差辐射交换计算的发散性⽅法共轭梯度求解器技术，⽤以处理很⼤的模型轨道建模和加热选择⾏星、轨道类型⾏星和太阳数据已预加载从⽇期计算的太阳辐射基于⽮量的姿态建模任意旋转、操纵控制轨道计算点输⼊太阳、地球⽮量的选项轨道链集成的轨道观测仪基于原始⼏何体的建模基于原始⼏何体形状的补充建模系统ESARAD/THERMICA ⽅法将基于原始⼏何体的模型导⼊其他辐射仿真应⽤模块，或从其他辐射仿真应⽤模块导出参数的点⽅法轨道加热仿真位于何处？要启动NX 空间系统热，请打开⼀个部件⽂件，然后执⾏以下操作：1. 从开始菜单上，选择应⽤模块→⾼级仿真。

2. 在仿真导航器中，右键单击该部件，然后选择新建FEM 和仿真。

3. 在新建FEM 和仿真对话框中，从求解器列表中选择NX 空间系统热，然后选择⼀种分析类型。

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:TOFFSTGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis OptionsGUI: 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，SURF 22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(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：(2)、在辐射表面用SHELL57（3D）或LINK32（2D）划分网格。

ug nx cae基础与实例应用UG NX CAE是一种基于有限元分析的计算机辅助工程软件，它可以帮助工程师进行结构、热传导、流体力学等方面的分析和仿真。

本文将介绍UG NX CAE的基础知识以及一些实例应用。

UG NX CAE是UG NX软件的一个模块，它可以与CAD模块无缝集成，实现从设计到分析的全流程。

UG NX CAE提供了多种强大的分析工具和功能，可以帮助工程师快速准确地进行各种工程分析。

UG NX CAE具有丰富的前后处理功能，可以对CAD模型进行网格划分，生成适合分析的有限元网格。

同时，UG NX CAE还提供了多种边界条件和加载方式，可以对结构进行各种静力、动力和热分析。

在分析过程中，UG NX CAE可以实时显示模型的应力、应变等工程参数，帮助工程师了解结构的受力情况。

UG NX CAE还提供了丰富的材料数据库，可以为工程师提供各种常用材料的材料性能数据。

在分析过程中，工程师可以根据实际情况选择合适的材料模型，并进行材料特性的输入。

UG NX CAE还支持自定义材料模型，可以根据具体需求进行材料特性的定义。

UG NX CAE的应用范围非常广泛，可以用于汽车、航空航天、机械等领域的工程分析。

以汽车行业为例，UG NX CAE可以帮助工程师对车身、底盘等部件进行强度、刚度、耐久性等方面的分析。

同时，UG NX CAE还可以进行碰撞仿真，评估车辆在碰撞事故中的安全性能。

在航空航天领域，UG NX CAE可以帮助工程师对飞机的结构进行强度和刚度分析，评估飞机在飞行过程中的安全性能。

同时，UG NX CAE还可以进行气动分析，优化飞机的气动外形，提高飞行性能。

在机械领域，UG NX CAE可以帮助工程师对机械零部件进行强度、刚度、疲劳等方面的分析。

通过优化设计，可以提高机械零部件的工作性能和使用寿命。

除了上述应用领域，UG NX CAE还可以用于流体力学分析、热传导分析、声学分析等方面。

第30卷 第12期2023年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.12基于Icepak分析某电子机箱散热程文虎，杜昌堂，谢金金（南京熊猫通信科技有限公司，南京 210007）摘 要：以一种典型的电子机箱为案例，通过公式计算得到机箱内部元件的温升和采用的冷却方式，然后使用ANSYS Icepak 软件对建立的简化电子机箱进行散热模拟计算，完成了机箱的材料定义，网格划分，对机箱进行了精确的热模拟计算。

重点比较了公式计算结果和热模拟计算结果，为其他同类机箱散热设计提供参考依据。

关键词：ANSYS Icepak 软件；电子机箱；散热中图分类号：TP31 文献标志码：AAnalysis of Heat Dissipation in an Electronic Chassis Based on IcepakCheng Wenhu ，Du Changtang ，Xie Jinjin（Nanjing Panda Communication T echnology Co., Ltd., Nanjing,210007,China ）Abstract：This article takes a typical electronic case as an example, calculate the temperature rise of internal components in thechassis and the cooling method used through formulas, Then use ANSYS Icepak software to conduct heat dissipation simulation calculations on the established simplified electronic chassis, implements the material definition and grid division of the chassis, and performs accurate thermal simulation calculations. The focus was on comparing the formulas calculation results with the thermal simulation calculation results, Provide reference basis for heat dissipation design of other similar chassis.Key words：ANSY Icepak software ；electronic chassis ；heat dissipation收稿日期：2023-08-25作者简介：程文虎（1984-），男，安徽安庆人，硕士研究生，工程师，产品结构设计师，研究方向：电子产品散热设计。

【转】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。