Ansys热分析教程：表面效应单元在质量传递中的应用

"本资源是Ansys热分析教程的第七章，主要讲解了有质量传递的热分析案例，以及在Ansys中应用表面效应单元进行热分析的方法。案例的目标是计算单管第一英寸中水的温升和管外表面的温度分布。案例中涉及到的材料属性包括铜和水的热导率、比热容、密度以及对流换热系数。在热质量交换过程中，考虑了稳态边界条件，但不涉及瞬态效应。" 在Ansys热分析中，对流和热流密度边界条件可以作为面载荷施加，有三种方式：直接施加于几何模型的线或面上、施加于单元面上或施加于节点上。然而，同一单元上不能同时设置热流和对流边界条件。为了增加灵活性，Ansys引入了表面效应单元，如SURF151（2-D）和SURF152（3-D），它们可以在任何2-D热实体或3-D实体单元上使用。 表面效应单元的优势在于它们能更灵活地定义随温度变化的换热系数、平面温度、流体温度等，并支持在同一区域内施加多种平面载荷。此外，这些单元还能在介质温度未知的情况下建立对流效果，且它们的附加节点可用于连接模型中的其他单元，如热流单元FLUID116。它们还可以用于简单辐射效果的建模，方便后处理表面热流密度和对流结果。 表面效应单元还有特殊用途，例如，可以通过D命令获取或使用SFE命令指定附加节点的介质温度。用户还可以通过USERCAL命令激活USERCV用户子程序，自定义换热系数计算，特别是在使用带有或不带附加节点的表面单元时。当FLUID116单元与第三个节点相连时，可以利用其他选项计算换热系数和介质温度。 创建带有附加节点的平面单元通常涉及以下步骤：首先定义平面效果单元类别，然后根据具体需求设置边界条件，接着分配材料属性，最后施加热载荷并进行求解。在解决实际问题时，用户需确保正确设置单元的物理属性和边界条件，以准确模拟热传递现象。 本教程章节详细介绍了Ansys热分析中如何处理有质量传递的热分析问题，特别是如何利用表面效应单元进行复杂情况的建模，对于理解Ansys热分析软件的高级用法具有很高的价值。