ANSYS热分析教程：热传导基础与有限元分析

"本资源是Ansys热分析教程的第二章，主要讲解热传导的基础知识和有限元热分析的基本特点。" 在Ansys热分析教程的第二章中，重点介绍了热传导的基础理论以及有限元方法在热分析中的应用。热传导是物质内部或不同物质之间由于温度差异导致的能量传递过程，其基本特点包括以下几点： 1. **连续性**：在有限元分析中，温度场被离散化为多个单元，每个单元内的温度是连续的，即单值的。同样，温度梯度（即温度的变化率）在单元内也保持连续。然而，这些物理量在单元边界上可能发生变化，造成不连续，这通常需要通过有限元方法来近似求解。 2. **能量平衡**：在有限元方法中，每个节点被视为能量平衡的中心，基本方程确保了节点上的能量守恒。这基于热力学原理，即系统内部的热量流动和能量转换应当保持平衡。 3. **傅立叶定律**：热传导的基本方程来源于傅立叶定律，它描述了热流与温度梯度之间的关系。在有限元模型中，通过计算单元内的温度梯度可以求得热通量，进而确定整个系统的热流分布。 除了基本概念，教程还列出了在热分析中常用的一些物理量及其单位，如时间（t）、温度（T）、密度（c）、比热（h）、热传导率（K）、热流量（Q）等，并分别提供了英制和国际单位制的对应标准单位。此外，教程还强调了热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。 - **传导**：是最基本的热传递形式，发生在固体内部或接触的固体之间，遵循傅立叶定律，热流与温度梯度成正比。 - **对流**：涉及流体与固体表面间的热交换，通常发生在流体环境中，如空气对流散热。 - **辐射**：是通过电磁波进行的无接触热交换，如太阳光照射地球时的热能传递。 在实际的热分析问题中，往往需要同时考虑传导、对流和辐射的影响，特别是当系统涉及到边界条件时，如对流换热系数、辐射系数等。Ansys作为强大的热分析工具，能够处理这些复杂情况，帮助工程师理解和优化热设计。