当前位置：文档之家 › 基于ANSYS的保温层对热分析的影响研究

基于ANSYS的保温层对热分析的影响研究

  • 格式：pdf
  • 大小：567.84 KB
  • 文档页数：2

蒸汽室的主要参数
25～100 200 300 400 500 1.086e-5 1.243e-5 1.278e-5 1.312e-5 1.357e-5
- 1.96e+5 1.86e+5 1.77e+5 1.71e+5 7.80e-9
35
根据相关资料将保温层的换热系数换算成 25 ℃空气换
热系数，求出保温为 30 mm 时的换热系数为 2.85e-3 W/mm
[3] ing He, Hua Zhang, Can-Gang Zhang, et al. Characteristics of air
pollution control residues of MSW incineration plant in Shanghai [J].
Journal of Hazardous Materials, 2004, B116: 229～237.
的二恶英 99.9%以上分解，急冷熔渣及静电除尘器捕集灰中
二恶英含量很低，完全无害，可以资源化利用，尾气中二恶
英排放浓度远低于国家环保排放标准。采用煤粉为辅助燃
料，因而运行成本低。焚烧产生的热量经余热锅炉发电，可
给企业创造可观的经济效益。
□
参考文献
[1] Jung C H, Matsuto T, Tanaka N, et al. Metal distribution in
度值为 30 mm，故此设计将在 30 mm 左右取相差 10 mm 的
两个厚度，即 20 mm 和 40 mm 来进行分析并比较。
由热流密度和空气转换公式得出当保温层厚度为 20
mm 时，计算出的对流换热系数是 4e-3 W/mm℃；当保温层
厚度为 40 mm 时，计算出的对流换热系数为 2.22e-3 W/mm
浸出量远远低于危险废物重金属浸出毒性鉴别标准值。所 以，可以得出结论，飞灰经过高温熔融处理后，熔渣、除尘 器捕集灰是无害的，可以直接资源化利用。
4结论
旋风炉高温熔融飞灰技术已经获得国家发明专利（专利
号：ZL 200410044191.8），是具有自主知识产权的垃圾焚烧
飞灰高温熔融处理及再生利用技术。该项技术能够将飞灰中
incineration residues of municipal solid waste (MSW) in Japan [J].
Waste Management, 2004, 24: 381～391.
[2] 小林康男. 垃圾焚烧与二恶英[A]. 第二届中日固体废物处理处置
与资源化技术研讨会论文集[C]. 北京, 1999.
1.2 蒸汽室热分析和热耦合分析
本设计热分析中蒸汽室的材料为 ZG20CrMo，屈服强度
445 MPa。有限元分析中采用的单元类型为八节点六面体实
体单元。网格划分后总的单元数目为 218070 个，总的节点
数目是 50633 个。蒸汽室的主要参数见表 1。
表1
温度/℃ 线膨胀系数 弹性模量 密度/t·mm-3 导热系数/W·(mm℃)-1
40(4): 219～221. [6] 彭震中, 丁祝顺, 王璋奇, 等. 汽机调节阀阀体三维瞬态温度场及
应力场分析[J]. 热能动力工程, 2002, 17(97): 80～107. [7] 李颖. 汽轮机阀壳与气缸强度计算及寿命评估[J]. 发电设备, 2004,
(4): 186～189. [8] 孙奉仲. 大型汽轮机运行[M]. 中国电力出版社, 2005. 62～63.
3 试验结果
2007 年 1 月，从哈尔滨垃圾焚烧厂运输 50 t 飞灰到石 家庄第四热电厂，在鞍山锅炉厂生产的 75t/h 旋风炉上进行 飞灰熔融试验，飞灰与煤粉比例＝2：8，试验进行 10 个小 时。委托中国科学院水生生物研究所二恶英检测实验室进行 二恶英含量的测定。试验结果如下：原始飞灰中二恶英含量： 435ng-TEQ/kg ， 急 冷 熔 渣 中 二 恶 英 的 含 量 为 1 ～ 2ng-TEQ/kg ， 静 电 除 尘 器 飞 灰 二 恶 英 含 量 ： 25 ～ 26ng-TEQ/kg，尾气中二恶英含量为 0.033ng-TEQ/m3。重金 属浸出试验结果表明，熔渣及静电除尘器捕集灰中重金属的
哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 刘 博
1 不同条件下的热分析和热耦合分析比较
1.1 蒸汽室的结构分析
蒸汽动力设备主要的工作条件是高温气体，工作条件比
较恶劣，本文以某蒸汽室为例。当蒸汽室在工作时，内腔工
作环境是 460 ℃的高温蒸汽，其上端与多个管路相连，下
部和两个阀体相连。蒸汽室和两阀体共同工作时所实现的功
第 26 卷第 4 期 2010 年 7 月
电站系统工程 Power System Engineering
Vol.26 No.4 11
文章编号：1005-006X(2010)04-00011-02
基于 ANSYS 的保温层对热分析的影响研究
Research on effects of insulating layer to thermal analysis based on ANSYS
W/mm℃的对流，即进行加置 30 mm 保温层的热分析。
在热分析的基础上对蒸汽室进行热耦合分析。进行了相
应的载荷加载和求解后，得到蒸汽室的热耦合分析结果，见
表 2。
由空气对流和保温层的温度云图和单纯热应力耦合的
等效应力位置和最大等效应力数值比较可知，是否加保温层
对于蒸汽室的温度变化范围影响很大，在空气对流条件下的
[7] Noriyuki Anjou. Control of waste treatment by supercritical water [J].
Chemical Engineering, 2000, 63(2): 76～78.
[8] Masao. Countermeasures by combustion technology [J]. Chemical
个温度变化又直接影响着最大应力，从表中可以明显看出，
最大应力的位置大致是相同的，但最大应力变化比较大，随
12
电站系统工程
2010 年第 26 卷
着保温层厚度的减小，最大应力的数值在不断地增加，同时 减小的幅度越来越大。
3结论
采用 ANSYS 对蒸汽动力设备保温层变化进行热分析和
热耦合分析。在此基础上，通过改变保温层厚度对蒸汽室进
171. [2] 王永新. ANSYS软件中耦合场分析方法及应用[R]. 黄河勘测规划
设计有限公司, 2006. [3] 孔祥谦. 有限单元法在传热学中的应用[M]. 科学出版社, 1998.
57～75. [4] 宋国华. 材料力学[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003. 198～205. [5] 孟繁娟, 何光新. 汽缸热膨胀的计算方法[J]. 汽轮机技术, 1998,
℃，直接空气对流时的对流系数为 20e-3 W/mm℃。
载荷参数：蒸汽室内腔高温为 460 ℃，对已选定好的
内缸面施加温度载荷，两个工况中以倒车阀关闭为例进行计
算。温度值为：460 ℃；之后先在蒸汽室所有外部与空气相
接触的表面施加对流系数载荷，温度值为 25 ℃，对流系数
为：20 e-3 W/mm℃，在蒸汽室外层加上对流系数为 2.85e-3
℃。在得出对流换热系数之后就可以对加两种不同保温层厚
的蒸汽室进行热分析和在热分析基础上的热耦合分析。
根据本节初保温层为 30 mm 的单纯热应力耦合和以上
保温层厚度为 20 mm 和 40 mm 热应力耦合分析得出的值比
较见表 3。
表 3 不同厚度保温层的热分析比较
保温层厚度/mm 温度变化范围/℃ 温度差/℃ 最大应力/MPa
室的最大等效应力为 46.544 MPa，而直接置于空气中的蒸汽
室最大应力为 185.885 MPa，可见在单纯的热耦合作用下，
保温层的加置可以成倍地减小等效应力的数值，提高蒸汽室
的强度，增大蒸汽室的安全性，提高其承载能力。
表 2 热分析和热耦合分析的比较
温度变化范围 温度差 最大等效应力 最大等效应变
Engineering, 2000, 63(2): 90～91.
/℃
/℃
/MPa
/mm
空气对流
119.048～460 340.952 185.885
6.024
30mm 保温层 343.541～460 116.459 46.544
6.170
2 不同保温层厚度对热分析的影响分析
当保温层为 30 mm 时，保温层对空气的对流换热系数
为 2.85e-3 W/mm℃，而空气的对流换热系数是 20e-3 W/mm
温度差为 340.952℃，而在加 30 mm 保温层的条件下温度差
收稿日期：2010-03-08 刘博(1982-)，男，助理工程师。哈尔滨，150040
为 113.459 ℃，相差 3 倍多。最大等效应力和最大应变位置
都基本一致，由于热分析中温度变化对最大应变的影响不是
很大，但是对最大等效应力的影响却很大，加保温层的蒸汽
40
362.342～460
97.658
37.369
30
343.541～460
116.459
46.544
20
307.499～460
152.501
60.554
由表 3 比较得知，保温层的厚度变化对温度变化范围的
影响是较大的，厚度变化仅 10 mm，对对流系数的影响也只
是 1.78e-3 W/mm 的变化，温度变化差值约为几十度，而这
能，可以将蒸汽室的工作分为两个工况：速关阀关闭、倒车
阀开启和倒车阀关闭、速关阀开启，分别实现控制高温蒸汽
通过管道传递动力推动轮的正转和反转，从而实现某机械的

合集下载

ANSYS热分析详解

ANSYS热分析详解

ANSYS热分析详解ANSYS（工程仿真软件）是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件。

它不仅可以进行结构力学分析，还可以进行热分析。

热分析是通过数值模拟来研究物体在不同温度和热载荷条件下的热行为。

下面将详细介绍ANSYS热分析的一般步骤和常见应用。

热分析的步骤通常包括几个关键步骤：1.几何建模：通过ANSYS软件创建物体的三维几何模型。

可以使用软件内置的几何建模工具或从其他CAD软件导入几何模型。

2.材料定义：选择适当的材料，并在ANSYS中定义其热特性，如导热系数、比热容和线膨胀系数等。

3.网格划分：将几何模型分割成许多小单元，称为有限元。

每个有限元具有一组方程来描述其热行为。

网格划分的质量直接影响到最终结果的准确性，因此需要仔细选择合适的网格划分方法。

4.边界条件：指定物体的边界条件，如温度、热流、辐射、对流等。

这些边界条件会影响物体的热传导和热平衡。

5.求解：通过解决一组非线性偏微分方程来计算物体的温度分布。

ANSYS使用有限元方法来求解这些方程，并返回物体在不同点上的温度值。

6.后处理：对计算结果进行可视化和分析。

ANSYS可以绘制温度分布图、热通量图、温度梯度图等，以帮助用户更好地理解和分析物体的热行为。

1.电子器件散热分析：在电子设备中，散热问题常常是一个关键问题。

通过ANSYS热分析，可以评估电子器件所产生的热量，以及散热器的性能，从而确保设备的可靠性和性能。

2.汽车发动机冷却分析：汽车发动机的性能和寿命受限于冷却系统的效果。

ANSYS热分析可以帮助评估不同冷却系统的性能，并优化设计以提高发动机的效率和耐久性。

3.压力容器热应力分析：在高温和高压条件下，压力容器可能会发生热应力。

ANSYS热分析可以帮助评估容器的热应力，并指导合适的设计改进。

4.太阳能热系统分析：太阳能是一种可再生能源，可以通过太阳能热系统将太阳能转化为热能。

ANSYS热分析可以帮助评估太阳能热系统的性能，并优化设计以提高能量转化效率。

基于ANSYSWorkbench二次开发的封装建模热分析辅助软件

基于ANSYSWorkbench二次开发的封装建模热分析辅助软件

基于ANSYSWorkbench二次开发的封装建模热分析辅助软件基于ANSYS Workbench二次开发的封装建模热分析辅助软件近年来，随着科技的不断进步与产业的快速发展，工程领域对热分析的需求日益增加。

热分析能够帮助工程师在设计阶段就能够准确预测材料的热特性、温度分布和热应力等参数，从而优化产品设计，提高产品的可靠性和性能。

然而，传统的热分析方法往往需要大量的时间和资源，且容易出现误差。

为了解决这一问题，许多软件公司开发了各种热分析辅助软件，其中基于ANSYS Workbench的二次开发的封装建模热分析辅助软件应运而生。

这种软件继承了ANSYS Workbench的强大建模能力和边界条件设置功能，同时通过二次开发，增加了更多专用于热分析的功能与工具，使得用户能够更加高效地进行热分析。

首先，该软件提供了丰富的建模工具，通过可视化的界面，用户可以轻松创建和编辑复杂的几何模型。

这些工具包括各种建模命令、几何体创建与编辑功能等，帮助用户快速构建几何模型。

同时，该软件还支持多种导入格式，可以导入外部CAD文件，使得用户能够直接使用自己已经创建好的几何模型。

其次，该软件的边界条件设置功能十分强大，用户可以灵活地设置热边界条件，包括热源的位置、边界温度、传热系数等。

通过直观的界面，用户可以快速设置并调整热边界条件，以满足不同的热分析需求。

此外，该软件还提供了多种热分析工具和分析方法，例如传热分析、热应力分析和热传导分析等。

用户可以根据具体需求选择不同的分析方法，并进行相应的参数设置。

该软件还支持并行计算，能够充分利用多核处理器的计算能力，加快热分析的速度，提高工作效率。

基于ANSYS Workbench的二次开发的封装建模热分析辅助软件具有以下优势。

首先，该软件结合了ANSYS Workbench的建模能力和热分析功能，使得用户能够在一个统一的环境下完成几何建模和热分析。

用户无需切换多个软件，节省了宝贵的时间和精力。

ANSYS热分析分析指南

ANSYS热分析分析指南

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。

(最新整理)ANSYS热分析详解

(最新整理)ANSYS热分析详解

(完整)ANSYS热分析详解编辑整理：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（(完整)ANSYS热分析详解）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(完整)ANSYS热分析详解的全部内容。

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：dt dU q =,即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。