ANSYS瞬态传热分析教程

瞬态传热分析的定义

瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。

瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷～时间曲线分为载荷步。载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示。

对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。

瞬态热分析中的单元及命令

瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。要了解每个单元的详细说明，请参阅《ANSYS Element Reference Guide》

ANSYS 瞬态热分析的主要步骤

建模

加载求解

后处理

建模

确定jobname、title、units, 进入PREP7；

定义单元类型并设置选项；

如果需要，定义单元实常数；

定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热；

建立几何模型；

对几何模型划分网格。

加载求解

1、定义分析类型

如果第一次进行分析，或重新进行分析

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient

Command: ANTYPE,TRANSIENT,NEW

如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>Restart

Command: ANTYPE,TRANSIENT,REST

2、获得瞬态热分析的初始条件

①、定义均匀温度场

如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度

Command:　TUNIF

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp

如果不在对话框中输入数据，则默认为参考温度，参考温度的值默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：

Command:　TREF

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Reference Temp

注意：设定均匀的初始温度，与如下的设定节点的温度（自由度）不同

Command:　D

GUI: Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes

初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：

Command:　DDELE

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes

②、设定非均匀的初始温度

在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：

Command:　IC

GUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'n>Define

如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须首先作稳态热分析确定初始条件：

设定载荷（如已知的温度、热对流等）

将时间积分设置为OFF：

Command:  TIMINT, OFF

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time Integration

设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001）：

Command:  TIME

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

写入载荷步文件：

Command:　LSWRITE

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Write LS File

或先求解：

Command:　SOLVE

GUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS

注意：在第二载荷步中，要删去所有设定的温度，除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。

3、设定载荷步选项

①、普通选项

时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：

Command:  TIME

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

每个载荷步的载荷子步数，或时间增量

对于非线性分析，每个载荷步需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精度越高，同时计算的时间越长。根据线性传导热传递，可以按如下公式估计初始时间步长：

其中为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度，为导温系数，它等于导热系数除以密度与比热的乘积（)。

Command:  NSUBST or DELTIM

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为阶越选项；如果载荷值随时间线性变化，则要设定为渐变选项：

Command:  KBC

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

②、非线性选项

迭代次数：每个子步默认的次数为25，这对大多数非线性热分析已经足够。

Command:  NEQIT

GUI: Main Menu> Solution>-Load step opts>Nonlinear>Equilibrium Iter

自动时间步长：本选项为ON时，在求解过程中将自动调整时间步长。

Command:  AUTOTS

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

时间积分效果：如果将此选项设定为OFF，将进行稳态热分析。

Command:  TIMINT

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time Integration

③、输出选项

控制打印输出：本选项可将任何结果数据输出到*.out 文件中

Command: OUTPR

GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>Solu Printout

控制结果文件：控制*.rth的内容

Command: OUTRES

GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>DB/Results File

„、存盘求解

后处理

ANSYS提供两种后处理方式：

POST1，可以对整个模型在某一载荷步（时间点）的结果进行后处理；

Command: POST1

GUI: Main Menu>General Postproc.

POST26，可以对模型中特定点在所有载荷步（整个瞬态过程）的结果进行后处理。

Command: POST26

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc

1、用POST1进行后处理

进入POST1后，可以读出某一时间点的结果：

Command: SET

GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Time/Freq

　　如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上，ANSYS会进行线性插值。

此外还可以读出某一载荷步的结果：

GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step

　　然后就可以采用与稳态热分析类似的方法，对结果进行彩色云图显示、矢量图显示、打印列表等后处理。

2、用POST26进行后处理

首先要定义变量：

Command: NSOL or ESOL or RFORCE

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables

然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：

Command: PLVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables

或列表输出：

Command: PRVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>List Variables

此外，POST26还提供许多其它功能，如对变量进行数学操作等，请参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》