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工程流体力学中的耦合问题分析工程流体力学是研究流体在实际工程中的运动和相互作用的学科。
耦合问题是指流体力学中不同物理过程之间相互影响、相互耦合的现象与问题。
本文将重点分析工程流体力学中常见的耦合问题，并探讨其影响和解决方法。
首先，我们来看一下工程流体力学中的两个常见的耦合问题：热力耦合问题和固力耦合问题。
热力耦合问题是指流体力学中流体的温度和流动状态相互影响的问题。
在工程实践中，往往会遇到流体在高温环境下的流动问题，例如燃烧室内的燃烧过程、高温管道中的流体传输等。
这些问题中，燃烧产生的热量会对流体的物性参数、流动速度和流动模式等产生显著影响，从而需要考虑热力耦合效应。
解决热力耦合问题的方法包括使用耦合模型、数值模拟和实验研究等手段。
通过建立合适的耦合模型和采用适当的数值方法，可以准确地模拟和预测热力耦合问题，为工程实践提供有力的支持。
固力耦合问题是指流体与结构物之间相互作用的问题。
在一些工程中，流体的运动会对周围的结构物产生力学影响，例如风对建筑物的风载荷、水流对桥梁的冲蚀作用等。
反过来，结构物的变形和振动也会对流体产生影响，例如桥梁的振动会引起空气流动的变化。
因此，为了准确评估工程设计的安全性和稳定性，需要对流体和结构物的相互作用进行耦合分析。
在解决固力耦合问题时，常用的方法包括数值模拟、试验观测和理论分析等。
通过结合不同的方法，可以获得对流体和结构物相互作用行为的深入理解，为工程设计提供可靠的依据。
除了热力耦合问题和固力耦合问题外，工程流体力学中还存在一些其他的耦合问题，如流固耦合问题、化学反应耦合问题等。
流固耦合问题涉及到流体和固体之间的相互作用，例如液体对固体的浸润、流体对堆土结构的渗流等。
化学反应耦合问题则是指流体中的化学反应与流动过程相互影响的问题，例如流体中的物质转化和浓度分布等。
这些耦合问题在工程实践中具有重要的应用价值，需要综合运用物理学、力学、化学等知识，采用合适的分析方法进行研究和解决。
abaqus热力耦合单元类型【原创版】目录一、Abaqus 热力耦合单元简介二、Abaqus 热力耦合单元的类型三、Abaqus 热力耦合单元的应用实例四、总结正文一、Abaqus 热力耦合单元简介Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，其热力耦合单元是用于模拟材料在温度场和热应力场共同作用下的行为。
通过热力耦合单元，用户可以研究材料在复杂温度变化和热应力下的性能，如材料的热膨胀、热变形以及热疲劳等。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型Abaqus 热力耦合单元主要包括以下几种类型：1.热膨胀单元（Thermal Expansion Element）：这种单元主要用于研究材料在温度变化时的线性热膨胀特性。
它适用于模拟材料在温度梯度作用下的线性热膨胀，包括金属、陶瓷和复合材料等。
2.热应变单元（Thermal Strain Element）：这种单元用于研究材料在温度变化时的非线性热膨胀特性。
它适用于模拟材料在温度梯度作用下的非线性热膨胀，包括橡胶、塑料和泡沫材料等。
3.热传导单元（Conduction Element）：这种单元用于研究材料内部的热传导过程。
它适用于模拟材料内部热量传递的过程，包括金属、陶瓷和复合材料等。
4.对流单元（Convection Element）：这种单元用于研究材料表面的对流换热过程。
它适用于模拟材料表面与周围流体之间的对流换热过程，包括自然对流和强制对流等。
5.热辐射单元（Radiation Element）：这种单元用于研究材料表面的热辐射过程。
它适用于模拟材料表面通过热辐射与周围环境进行热量交换的过程。
三、Abaqus 热力耦合单元的应用实例Abaqus 热力耦合单元在许多工程领域都有广泛的应用，例如：1.在航空航天领域，可以用于研究火箭发动机喷口的热应力分布、机翼的热膨胀特性等。
2.在汽车工程领域，可以用于研究发动机冷却系统的热传导特性、制动盘的热膨胀等。
第一章 课题相关知识介绍2.1散热片知识散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU 中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。
一般散热片在使用中要在电子元件与散热片接触面涂上一层导热硅脂，使元器件发出的热量更有效的传导到散热片上，在经散热片散发到周围空气中去。
2.1.1散热片的材质比较就散热片材质来说，每种材料其导热性能是不同的，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，钢。
不过如果用银来作散热片会太昂贵，故最好的方案为采用铜质。
虽然铝便宜得多，但显然导热性就不如铜好（大约只有铜的50%左右）。
目前常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。
铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜散热器都超过了CPU 对重量的限制），热容量较小，而且容易氧化。
而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。
有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。
对于普通用户而言，用铝材散热片已经足以达到散热需求了。
北方冬季取暖的暖气片也叫散热片。
散热片在散热器的构成中占有重要的角色，除风扇的主动散热以外，评定一个散热器的好坏，很大程度上取决于散热片本身的吸热能力和热传导能力 2.1.2散热片结构的设计 1. 肋片的散热量肋基导入的热量向肋端传递，经肋片传给流体，因此肋片得热平衡方程为： 肋基导入的热量Φ=Φ流体带走的热量λ所以肋片向流体的传热量恒等于肋基截面上导入的热量，根据傅立叶定律得 每片等截面直肋散热量的计算式为：)(1)(0mH th m h m h mH th m A H Hλλθλ++=Φ （2—1）式中：Φ ——散热量，W ；λ ——肋片导热率，W/（m.K ）；A ——肋片的横截面积，2m ；0θ——肋基过余温度，C 0；m —— 肋片组合参数，Az m λα=H h ——肋端处的对流换热系数，W/（2m ·K ）；H ——肋高，m 。
1 热力耦合分析简介
热应力问题实际上是热和应力两个物理场之间的相互作用，故属于耦合场分析问题。
与其他耦合场得分析方法类似，ANSYS提供了两种分析热应力的方法：直接法和间接法。
直接法是指直接采用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分析和结构应力分析结果；间接法则是先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加到结构应力分析中。
2 直接法进行热应力分析单元
ANSYS运用直接法进行热应力分析主要采用耦合单元，其中包括热—应力耦合单元、热—应力—电和热—应力—磁耦合单元，表1显示了不同类型的热—应力耦合单元。
表1 ANSYS12.1常用的热耦合单元
3 间接法进行热应力分析单元
间接法一般是先采用常规热单元进行热分析，然后将热单元转换为响应的结构单元，并将求得的节点温度作为体载荷施加到模型上再进行结构应力分析，因此在整个分析过程中存在热单元与结构单元的转换问题，表2列出了热单元与响应的结构单元的对应关系。
表2 热单元与结构单元的转换表。
电池组热力耦合分析本例展示基于热-结构耦合的热力耦合分析。
1 问题设定一块电池组，尺寸为70mm x 175mm x 400mm。
对模型进行适当简化，保留主体电芯和PC部分，约束电池组底部Z方向，电芯部分给定生热源，电池组外表面给定自然对流散热边界条件，模拟电池组温度变化和应力变化。
由于需要进行实时热力耦合分析，因此电池，PC材料等采用实体建模，设定相关的coupling耦合单元和tie约束，建立电芯和PC材料之间的接触关系（包括热接触）。
本案例用到的附件包括：Battery1003_heat.cae 稳态热力耦合分析2 分析过程一般来说，针对热力学问题，通常有顺序耦合和完全耦合两种方法。
顺序耦合是先进行热传导分析，得到温度分布结果，然后把温度分布结果映射到结构分析模型上。
完全耦合则是直接在abaqus中直接给建立的coupled temp-displacement分析步，完全实时同步计算温度变化和应力变化，并可考虑温度和结构变形之间的互相影响。
2.1 有限元计算2.1.1 几何处理在CAD软件中进行简单处理后，导入Abaqus中，需要对零件进行几何清理和修复，删除不必要的细节特征。
2.1.2 赋予材料属性根据不同材料电池，PC等赋予相应的材料参数，注意因为这里需要进行完全热力耦合分析，因此材料参数必须同时具有力学参数和热学参数，包括：密度，弹性模量，泊松比，塑性曲线，热膨胀系数，热导率，比热等，如下图所示：2.1.3 模型装配在Abaqus中装配的模型，通在CAD软件中装配位置关系完全一致。
如果在CAD软件中已经装配即可。
这里由于单个电池芯模型一致，因此为减小前处理工作量，在Abaqus 中对单个电芯进行阵列处理，后期只需要分析修改单个电芯模型，整个装配体所有电芯模型自动更新。
2.1.4 定义相互作用根据模型需要，定义相关接触关系和耦合约束等等。
如下所示：定义接触属性：在Interaction模块，点击Create Interaction property，选择contact，进入Edit contact property窗口，分别定义Tangential behavior 中设定0.1的摩擦系数，以及Thermal conductance 中的接触热传导参数，如下图所示：自动搜索接触对: 由于需要考虑电芯和PC材料之间的接触和接触热传导，而电芯数量较多，如果单独制定面面接触，需要较大工作量，因此可以采用Abaqus/CAE中较为方便的自动搜索接触对功能。
热力耦合分析单元简介SOLID5－三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。
在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9－二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。
使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。
PLANE13－二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31－辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。
LINK32－二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK33－三维传导杆用于节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
商业制冷系统中的制冷循环与热力耦合商业制冷系统是现代社会中不可或缺的一部分，它广泛应用于超市、餐馆、医疗机构和工业生产中，以提供适宜的温度以及保鲜和冷却的功能。
商业制冷系统的核心是制冷循环，该循环通过热力耦合的方式实现了热量的传递和转化，来达到制冷的目的。
制冷循环是商业制冷系统中最关键的组成部分。
一般来说，商业制冷系统采用了蒸发冷凝循环或压缩吸收循环这样的制冷循环形式。
蒸发冷凝循环是最常见的商业制冷循环形式，它利用制冷剂在高温和低温条件下的相变特性来实现制冷效果。
在蒸发器中，制冷剂吸收外界热量并蒸发为气体，使周围环境变得冷却。
而在冷凝器中，制冷剂放出热量并冷凝为液体，完成热量转移的循环。
热力耦合是使商业制冷系统中的制冷循环更加高效的一种方式。
热力耦合是指在商业制冷系统中，利用余热和废热来提供能量供给或者回收能量。
商业制冷系统中有大量的余热和废热产生，如果能够利用这些热量来供给制冷循环或者回收能量，将大大提高整个系统的能效。
热力耦合的一种常见应用是采用余热回收技术。
商业制冷系统中的制冷循环在过程中会产生大量的余热，如果这些余热能够得到有效地回收和利用，将大大减少对外界热源的依赖并提高系统的能效。
例如，可以通过余热回收技术将制冷循环中产生的余热用于加热用水、制热等其他过程，从而实现热能的综合利用。
这种方式不仅减少了能源消耗，还降低了系统运行成本。
除了余热回收，商业制冷系统中的制冷循环还可以通过热力耦合来提高能效。
例如，可以采用热泵技术将废热转化为可用于制冷的热量，从而提高制冷系统的性能。
热泵技术是一种将低温环境中的热量抽取出来，并通过压缩和膨胀的过程提高温度，使其能够用于制冷的技术。
通过利用废热和低温环境中的热量，热泵技术可以提供额外的能量供给，从而增加系统的制冷效果。
此外，商业制冷系统中的制冷循环还可以通过热力耦合来实现能量的共享和共存。
例如，可以利用余热和废热来供给制冷循环中的其他部分，降低能量消耗并提高系统的效率。
cohesive热力耦合
摘要：
1.引言：介绍热力耦合的概念和重要性
2.热力耦合的原理：详细解释热力耦合的工作机制
3.热力耦合的应用：举例说明热力耦合在实际中的应用情况
4.热力耦合的优势：列举热力耦合的主要优点
5.结论：总结热力耦合的重要性和未来发展前景
正文：
热力耦合是一种重要的技术，它能够让热能和机械能相互转换，提高系统的效率。
这种技术在许多工业和民用领域都有广泛的应用。
热力耦合的原理主要是通过一种称为“热力耦合器”的设备来实现。
热力耦合器中有两个部分，一个是热交换器，另一个是动力机械。
热交换器负责吸收热能并将其转换为机械能，动力机械则负责将机械能转换为热能。
二者通过一种特殊的工作流体进行耦合，从而实现热能和机械能的高效转换。
热力耦合在实际中有很多应用，比如在热电厂中，热力耦合可以用来提高发电效率。
在热力系统中，热力耦合可以用来调节系统的热平衡，提高系统的稳定性。
此外，热力耦合还被广泛应用于空调、制冷和热泵等系统中，提高这些系统的效率。
热力耦合的优势主要体现在高效、节能和环保等方面。
热力耦合能够提高系统的效率，减少能源的浪费，降低运行成本。
同时，热力耦合还能够减少对环境的污染，实现绿色能源的利用。
总的来说，热力耦合是一种重要的能源技术，它在提高能源效率、节约能源和保护环境等方面都发挥着重要的作用。
abaqus热力耦合单元类型（最新版）目录1.Abaqus 热力耦合单元概述2.Abaqus 热力耦合单元的类型3.应用实例正文一、Abaqus 热力耦合单元概述Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以解决各种复杂的热力学问题。
在 Abaqus 中，热力耦合单元是用于模拟热和力同时作用的部件，可以分析材料的热膨胀、热应变等现象。
通过热力耦合单元，工程师可以更好地了解材料的热力学性能，从而优化产品的设计和制造过程。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型Abaqus 热力耦合单元主要有以下几种类型：1.热膨胀单元（Thermal Expansion Element）：这种单元主要用于模拟材料在温度变化时的线性热膨胀。
它可以分析材料在不同温度下的应变、应力等性能。
2.热应变单元（Thermal Strain Element）：这种单元用于模拟材料在温度变化时的非线性热应变。
它可以分析材料在不同温度下的应变、应力等性能。
3.热应力单元（Thermal Stress Element）：这种单元用于模拟材料在温度变化时的热应力。
它可以分析材料在不同温度下的应力、应变等性能。
4.耦合热应力单元（Coupled Thermal Stress Element）：这种单元可以同时考虑热应力和热膨胀两种效应。
它可以分析材料在不同温度和应力下的性能。
三、应用实例Abaqus 热力耦合单元在许多工程领域都有广泛的应用，例如：1.航空航天领域：在航空航天领域，热力耦合问题非常常见，例如发动机叶片、机身结构等部件都需要承受高温和高应力的作用。
通过使用Abaqus 热力耦合单元，工程师可以更好地了解这些部件在实际使用过程中的性能。
2.机械制造领域：在机械制造领域，热力耦合问题同样重要。
例如，在轴承、齿轮等部件的制造过程中，由于热处理和装配等原因，会产生热应力和热膨胀现象。
通过使用 Abaqus 热力耦合单元，工程师可以预测这些现象，从而优化设计和制造过程。
abaqus热力耦合单元类型摘要：1.Abaqus 热力耦合单元概述2.Abaqus 热力耦合单元的类型3.应用案例与注意事项正文：一、Abaqus 热力耦合单元概述Abaqus 是一款广泛应用于各种工程领域中的有限元分析软件，能够解决从简单的线性静态结构分析到复杂的非线性瞬态动力学分析等各种问题。
在处理热传导和热膨胀等问题时，需要使用热力耦合单元。
热力耦合单元能够将热分析和结构分析结合起来，使得结构和温度场相互影响，从而更准确地模拟真实情况。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型1.直接耦合方式直接耦合方式是将热应变和热应变率耦合到结构动力学方程中，通过求解耦合后的方程组得到结构和温度场。
这种方式适用于热膨胀系数较小的材料。
2.间接耦合方式间接耦合方式是将热应变和热应变率耦合到热传导方程中，通过求解热传导方程得到温度场，再通过热膨胀系数得到结构位移。
这种方式适用于热膨胀系数较大的材料。
3.粘结耦合方式粘结耦合方式是将热应力和热应变率耦合到粘结方程中，通过求解粘结方程得到结构位移和热应力。
这种方式适用于复合材料和材料在不同温度下的性能变化较大的情况。
三、应用案例与注意事项在实际应用中，选择合适的热力耦合单元类型非常重要。
例如，对于金属材料在高温下的结构分析，应选择间接耦合方式；而对于复合材料在不同温度下的结构分析，应选择粘结耦合方式。
同时，在使用热力耦合单元时，还需要注意以下几点：1.准确的材料参数：热力耦合分析的准确性依赖于材料的热传导系数、比热容和热膨胀系数等参数的准确性。
2.网格划分：为了获得准确的结果，需要对结构和温度场进行适当的网格划分。
3.边界条件和初始条件：正确设置边界条件和初始条件，以便获得合理的结果。
"热力耦合"一般指的是热和力之间的相互影响和耦合关系。
在物理学和工程学中，当系统中同时存在热量传递和力的作用时，热和力之间会产生一定的相互作用。
这种相互作用可能会导致物质性质的改变，或者对系统整体行为产生影响。
而"cohesive" 一词通常表示内聚力或者内聚性，在材料科学和工程领域中经常用来描述材料内部分子或原子之间的相互吸引力或结合力。
当涉及到固体材料时，内聚力有助于保持材料的形状和结构稳定性，也影响着材料的力学性能和热学性质。
因此，结合起来看，"cohesive热力耦合"可能指的是在研究材料或系统时，同时考虑了材料内部的内聚力和外部的热力作用之间的相互影响和耦合效应。
这种综合考虑有助于更全面地理解材料或系统的性质和行为，可能涉及到热传导、力学性能、相变等方面的研究。
ansys热力耦合分析单元简介SOLID5－三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。
在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9－二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。
使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。
PLANE13－二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31－辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。
LINK32－二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK33－三维传导杆用于节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
cohesive热力耦合摘要：1.引言2.什么是热力耦合3.热力耦合的应用4.热力耦合的优势5.热力耦合的挑战与未来发展正文：【引言】热力耦合作为一种能源利用方式，在当今世界能源转型中扮演着重要角色。
随着全球气候变化和环境问题日益严重，提高能源利用效率和降低碳排放已成为各国共同关注的议题。
热力耦合技术凭借其独特的优势，为解决这一问题提供了有效途径。
本文将介绍热力耦合的定义、应用、优势及挑战与未来发展。
【什么是热力耦合】热力耦合是指在热力学系统中，热能与机械能、电能等其他形式的能量之间相互转换和耦合的过程。
这种能量转换过程可以提高能源利用效率，降低能源浪费，从而实现可持续发展。
热力耦合技术广泛应用于工业、建筑、交通等领域，为我国节能减排和经济发展做出了重要贡献。
【热力耦合的应用】热力耦合技术在多个领域得到了广泛应用，具体包括以下几个方面：1.工业领域：热力耦合技术可以用于提高工业生产过程中的能源利用效率，减少能源浪费。
例如，在钢铁、水泥等高能耗行业，采用热力耦合技术可以实现余热回收，降低生产成本。
2.建筑领域：热力耦合技术在建筑领域的应用主要体现在建筑节能。
通过采用热力耦合技术，可以实现建筑物内部供暖、制冷和通风等系统的优化，降低建筑能耗。
3.交通领域：热力耦合技术在交通领域主要应用于新能源汽车。
通过热力耦合技术，可以实现发动机冷却系统与座椅加热系统之间的能量转移，提高汽车燃油利用率。
【热力耦合的优势】热力耦合技术具有以下优势：1.提高能源利用效率：热力耦合技术可以实现能量的高效转换和利用，降低能源浪费，提高能源利用效率。
2.降低碳排放：通过热力耦合技术，可以实现能源的清洁高效利用，降低碳排放，有助于减缓全球气候变化和环境问题。
3.促进经济发展：热力耦合技术在多个领域的应用可以促进产业结构优化升级，推动经济发展。
【热力耦合的挑战与未来发展】尽管热力耦合技术具有诸多优势，但仍面临一些挑战，如技术研发、政策支持、市场推广等。
压力容器热力耦合的有限元分析摘要：实际工程中，压力容器除了承受机械应力外，还要承受波动温度条件下由于温度分布不均匀而产生的热应力。
在压力容器实际运行时，特别是在启动、停止过程中，结构所受的瞬态温度变化显著，由此带来的温度应力则会达到较大的数值，能够使得设备结构产生强度破坏。
因此，准确地确定结构的瞬态温度场、耦合热应力以及部件问的热传递规律是具有实际意义和工程价值的课题。
本文就此展开了论述，以供参阅。
关键词：压力容器;热力耦合;有限元分析1传导问题的有限元分析1.1三维瞬态温度场问题的一般表达格式在一般三维问题中，瞬态温度场的场变量Ф(x，y，z,t)在直角坐标系中应满足的微分方程是：上式中，JD是材料密度(kg／m3)；c是材料比热容(J／kg·K)；t是时间(s)：kx，ky，kz也是材料沿物体三个主方向(x，y，z)方向的导热系数(w／(m·K))；Q=Q(x，y，z,t)是物体内部的热源密度(w／kg)；nx，ny，nz是边界外法线的方向余弦；Ф=Ф(Γ，t)是在Γ1边界上的给定温度；q=q(Γ，t)是在边界Γ2上的给定热流密度(w／m2)；h是对流换热系数(W／m2·K)。
；Фa=Фa(Γ，t)，对于尼边界，在自然对流条件下，Фa是外界温度环境；在强迫对流的条件下，Фa是边界层的绝热壁温度。
微分方程式(1)是热量平衡方程，其表明，微体升温所需的热量应与传入微体的热量以及微体内热源产生的热量相平衡。
(2)式是在E边界上给定温度Ф(Γ，t)，称为第一类边界条件，它是强制边界条件。
(3)式是在如边界上给定热流量q(Γ，t)，称为第二类边界条件。
(4)式是在Γ3边界上给定对流换热的条件，称为第三类边界条件。
Γ1+Γ2+Γ3=Γ是域力内的全部边界条件。
1.2结构耦合热应力的求解思想热应力实际上是热和应力两个物理场相互作用的结果，属于耦合场分析的范畴。
在有限元热应力分析中，通常有两种方法，一种是顺序耦合法，另一种是直接耦合法。
热力耦合分析单元简介！SOLID5－三维耦合场实体具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。
本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。
在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。
在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。
与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。
INFIN9－二维无限边界用于模拟一个二维无界问题的开放边界。
具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。
所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。
使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。
使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。
PLANE13－二维耦合场实体具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。
由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。
具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。
具有大变形和应力钢化功能。
当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。
LINK31－辐射线单元用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。
每个节点有一个自由度。
可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。
允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。
发射率可与温度相关。
如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。
LINK32－二维传导杆用于两节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK33－三维传导杆用于节点间热传导的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
可用于稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。
LINK34－对流线单元用于模拟节点间热对流的单轴单元。
该单元每个节点只有一个温度自由度。
热对流杆单元可用于二维（平面或轴对称）或三维、稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含热对流单元的模型还需要进行结构分析，热对流单元可被一个等效（或空）的结构单元所代替。
单元的对流换热系数可分为非线性，即对流换热系数是温度或时间的函数。
PLANE35－二维六节点三角形热实体它是一个与八节点PLANE77单元兼容的三角形单元。
适用于形状不规则的模型（例如从不同的CAD/CAM系统产生的模型）划分网格。
只有一个温度自由度。
适用于二维的稳态或瞬态热分析。
如果包含该单元的模型还需进行结构分析，可被一个等效的结构单元（如PLANE2）所代替。
可用作平面单元或轴对称环单元。
INFIN47－三维无限边界用于模拟无边界场问题的开放边界。
其单元形状为四节点四边形或三节点三角形，每个节点可以有磁势或温度自由度。
所依附的单元类型可以是SOLID5、SOLID96或SOLID98磁单元，也可以是SOLID70、SOLID90或SOLID87热实体单元。
具有磁自由度时，可以进行线性或非线性静态分析。
具有热自由度时，只能进行静态分析（线性或非线性）。
PLANE55－二维热实体可作为一个具有二维热传导能力的平面或轴对称环单元使用。
具有四个节点，每个节点只有一个温度自由度。
可用于二维稳态或瞬态热分析问题，并可以补偿由于恒定速度场带来的质量输运热流。
如果包含热单元的模型还需进行结构分析，该单元应当被一个等效的结构单元（如PLANE42）所代替。
此单元有一个选项，用来模拟通过多孔介质的非线性稳态流动（渗流）。
此时，原有的热参数被解释成相似的流体流动参数。
SHELL57－热壳三维的具有面内导热能力的单元，具有四个节点，每个节点一个温度自由度。
该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。
如果包含本单元的模型还需要进行结构分析，可被一个等效的结构单元代替（如SHELL63）所代替。
如果面内及横向的导热都需要考虑的话，则需要使用实体单元SOLID70或SOLID90。
SOLID70－三维热实体具有八个节点，每个节点一个温度自由度。
该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题，并可补偿由于恒定速度场质量输运带来的热流损失。
如果包含热实体单元的模型还需进行结构分析，可被一个等效的结构单元（如SOLID45）所代替此单元有一个选项，用来模拟通过多孔介质的非线性稳态流动。
此时，原有的热参数被解释成相似的流体流动参数。
例如，温度自由度等效为压力自由度。
MASS71－热质量点单元，只有一个温度自由度。
具有热容但忽略内部热阻的物体，如果其内部无明显的温度梯度，则可使用热质量单元来模拟它以进行瞬态热分析。
该单元还有一个功能，即温度与热产生率相关的能力。
可用于一维、二维或三维的稳态或瞬态热分析。
在稳态求解中，它只起到温度相关的热源或热的接收器的作用。
其它在热分析问题中有特殊用途的单元为COMBIN14和COMBIN40。
如果包含热质量单元的模型还需要进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替（如MASS21）。
PLANE75－轴对称谐分析热实体可作为具有三维导热能力的轴对称单元使用。
有四个节点，每个节点只有一个温度自由度。
它是PLANE55单元轴对称型的一般形式，可承受非轴对称载荷。
在剪切偏移中描述了各种载荷情况。
该单元可用于二维轴对称的稳态或瞬态热分析问题。
其等效结构单元如PLANE25，相似的带中间节点的单元是PLANE78。
PLANE77－二维八节点热实体是PLANE55的高阶形式，每个节点只有一个温度自由度。
八节点单元有协调的温度形函数，尤其适用于描述弯曲的边界。
PLANE78－八节点轴对称谐分析热实体可作为具有三维导热能力的轴对称单元使用。
每个节点只有一个温度自由度。
它是PLANE77单元的一般形式，可承受非轴对称载荷。
在剪切偏移中描述了各种载荷情况。
八节点单元有协调的温度形函数，尤其适用于描述弯曲的边界。
该单元可用于二维轴对称的稳态或瞬态热分析问题。
其等效结构单元如PLANE83。
SOLID87－三维十节点四面体热实体特别适合于对不规则的模型（例如从不同的CAD/CAM系统产生的模型）划分网格。
每个节点只有一个温度自由度。
可用于三维的热稳态或瞬态分析问题，其等效的结构单元如SOLID92。
SOLID90－三维二十节点热实体三维的八节点热单元SOLID70的高阶形式。
二十个节点，每个节点一个温度自由度。
二十节点单元有协调的温度形函数，尤其适用于描述弯曲的边界。
适用于三维的稳态或瞬态热分析问题。
其等效的结构单元如SOLID95。
INFIN110－二维无限实体用于模拟一个二维的边界开放的极大场问题，其一个单层用于描述无限体的外部子域。
具有二维（平面的和轴对称）磁势能，温度，或静电势能特性。
由四或八节点定义，每个节点有单一的自由度。
所依附的单元类型可以是PLANE13和PLANE53磁单元，PLANE55、PLANE35和PLANE77热单元，或静电单元121。
加上磁势或温度自由度后，分析可以是线性的或非线性的，静态的或动态的。
INFIN111－三维无限实体用于模拟一个三维的边界开放的极大场问题，其一个单层用于描述无限体的外部子域。
具有二维（平面的和轴对称）磁势能，温度，或静电势能特性。
由八或二十节点定义，有三维磁标量和向量势能，温度或静电势能特性。
每个节点有单一的自由度。
封闭的单元类型可以是SOLID96和SOLID97和SOLID98和SOLID5和SOLID62磁单元，SOLID70和SOLID90和SOLID87热单元，或静电单元SOLID122和SOLID123。
加上磁势或温度自由度后，分析可以是线性的或非线性的，静态的或动态的。
对这个单元的几何体，节点坐标和坐标系在INFIN111中显示。
由八或二十个节点和材料参数定义。
必须定义非零的材料参数。
SHELL131－4节点热层壳单元三维的层壳单元，具有面内和厚度方向的热传导能力。
本单元四个节点，每个节点最多可以有32个自由度。
本单元适用于三维的稳态或瞬态热分析问题，产生的节点温度可施加于结构壳单元以用于模拟热弯曲。
其等效的结构单元如SHELL43、SHELL63、SHELL143或SHELL181。
SHELL132－8节点热层壳单元三维的层壳单元，具有面内和厚度方向的热传导能力。
本单元八个节点，每个节点最多可以有32个自由度。
本单元适用于三维的稳态或瞬态热分析问题，产生的节点温度可施加于结构壳单元以用于模拟热弯曲。
其等效的结构单元如SHELL91、SHELL93、SHELL99。
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