稳态热传递分析教程-前处理与边界条件

"本资源是Ansys热分析教程的第三章，主要讲解稳态热传递的概念、控制方程以及在Ansys中进行热分析时如何定义单元属性、设定热载荷和边界条件。" 在Ansys热分析中，前处理阶段的建模和定义属性是至关重要的步骤。单元属性是指在划分网格前需要设定的模型特性，这些特性包括： 1. 材料特性：定义模型中各部分的热物理属性，如热导率、比热容等，它们影响热能的传递方式和速度。 2. 单元类型：选择适合问题类型的单元，例如四边形单元、六面体单元等，不同的单元类型会影响计算的精度和效率。 3. 实参：创建可重用的参数，方便在模型中进行修改，如尺寸、厚度等，简化模型的管理和调整。 4. 单元坐标系：根据需要，可以为单元设置自定义坐标系，以适应复杂几何形状的建模需求。 稳态热传递是指系统内热能流动不随时间变化的状态，此时系统的温度分布和热载荷是恒定的。热力学第一定律在此基础上表示为输入的能量等于输出的能量。稳态热传递的控制方程是一组微分方程，其有限元平衡形式用于求解温度场分布。 在Ansys中，热分析涉及到多种类型的热载荷和边界条件： 1. 温度边界条件：可以是自由度约束，即指定节点的精确温度，或者均匀温度，适用于施加初始条件。 2. 热流率：集中载荷，常用于热流无法直接施加的情况，正向表示能量流入。 3. 对流：面载荷，模拟表面与流体间的热交换。 4. 热流：也是面载荷，适用于已知通过表面的热流率情况。 5. 热生成率：体载荷，表示单元体内产生的热流量。 Ansys的热载荷分为四大类：自由度约束、集中载荷、面载荷和体载荷。未施加任何载荷的边界默认视为绝热处理。对称边界条件则隐含了绝热假设。在设定边界条件时，应确保模型的固定区域温度已知并设定为相应数值。 在进行热分析前，还需要在模板中设置分析名称、工作文件名和单位制，并进入前处理器定义单元类型、检查基本设置、定义实参和材料特性。这些准备工作确保了模型的准确性和计算的有效性。