ANSYS传热分析实例汇总.docx
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ANSYS传热分析实例汇总
实例1：
之欧侯瑞魂创作
创作时间：
贰零贰壹年柒月贰叁拾日
某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。
几何参数：
筒外径30feet
总壁厚2inch
不锈钢层壁厚
玻纤层壁厚1inch
铝层壁厚
筒长200feet
导热系数不锈钢oF
玻纤oF
铝oF
鸿沟条件空气温度70oF
海水温度oF
空气对流系数2.oF
海水对流系数2.oF
沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析,如图示。
以下分别列出log文件和菜单文件。
/filename,Steady1
/title,Steady-statethermalanalysisofsubmarine
/units,BFT
Ro=15!
外径（ft）
Rss=15-（0.75/12）!
不锈钢层内径ft）
Rins=15-（1.75/12）!
玻璃纤维层内径（ft）
Ral=15-（2/12）!
铝层内径（ft）
Tair=70!
潜水艇内空气温度
Tsea=44.5!
海水温度
Kss=8.27!
不锈钢的导热系数（BTU/hr.ft.oF）
Kins=0.028!
玻璃纤维的导热系数（BTU/hr.ft.oF）
Kal=117.4!
铝的导热系数（BTU/hr.ft.oF）
Hair=2.5!
空气的对流系数（BTU/hr.ft2.oF）
Hsea=80!
海水的对流系数（BTU/hr.ft2.oF）
/prep7
et,1,plane55!
定义二维热单元
mp,kxx,1,Kss!
设定不锈钢的导热系数
mp,kxx,2,Kins!
设定玻璃纤维的导热系数
mp,kxx,3,Kal!
设定铝的导热系数
pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5!
创建几何模型
aglue,all
numcmp,area
lesize,1,,,16!
设定划分网格密度
lesize,4,,,4
lesize,14,,,5
lesize,16,,,2
eshape,2!
设定为映射网格划分
mat,1
amesh,1
mat,2
amesh,2
mat,3
amesh,3
/SOLU
SFL,11,CONV,HAIR,,TAIR!
施加空气对流鸿沟
SFL,1,CONV,HSEA,,TSEA!
施加海水对流鸿沟
SOLVE
/POST1
PLNSOL！
输出温度黑色云图
finish
菜单操纵:
1.UtilityMenu>File>changejobename,输入Steady1；
2.UtilityMenu>File>changetitle,输入Steady-statethermalanalysisofsubmarine；
3.在命令行输入:
/units,BFT；
4.MainMenu:
Preprocessor；
5.MainMenu:
Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,选择PLANE55；
6.MainMenu:
Preprocessor>MaterialProp>-Constant-Isotropic,默认资料编号为1,在KXX框中输入8.27,选择APPLY,输入资料编号为2,在KXX框中输入0.028,选择APPLY,输入资料编号为3,在KXX框中输入；
7.MainMenu:
Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas-Circle>ByDimensions,在RAD1中输入15,在RAD2中输入15-（.75/12）,在THERA1中输入-0.5,在THERA2中输入0.5,选择APPLY,在RAD1中输入15-（.75/12）,在RAD2中输入15-（1.75/12）,选择APPLY,在RAD1中输入15-（1.75/12）,在RAD2中输入15-2/12,选择OK；
8.MainMenu:
Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleane->Glue>Area,选择PICKALL；
9.MainMenu:
Preprocessor>-Meshing-SizeContrls>-Lines-PickedLines,选择不锈钢层短边,在NDIV框中输入4,选择APPLY,选择玻璃纤维层的短边,在NDIV框中输入5,选择APPLY,选择铝层的短边,在NDIV框中输入2,选择APPLY,选择四个长边,在NDIV中输入16；
10.MainMenu:
Preprocessor>-Attributes-Define>PickedArea,选择不锈钢层,在MAT框中输入1,选择APPLY,选择玻璃纤维层,在MAT框中输入2,选择APPLY,选择铝层,在MAT框中输入3,选择OK；
11.MainMenu:
Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>3or4sided,选择PICKALL；
12.MainMenu:
Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection>Onlines,选择不锈钢外壁,在VALI框中输入80,在VAL2I框中输入44.5,选择APPLY,选择铝层内壁,在VALI框中输入2.5,在VAL2I框中输入70,选择OK；
13.MainMenu:
Solution>-Solve-CurrentLS；
14.MainMenu:
GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu,选择Temperature。
对流换热系数
定义：
流体与固体概况之间的换热能力，比方说，物体概况与附近空气温差1℃，单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。
单位为W/（m^2·℃）。
概况对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热概况的形状、部位、概况与流体之间的温差以及流体的流速等都有密切关系。
物体概况附近的流体的流速愈大，其概况对流换热系数也愈大。
如人处在风速较大的环境中，由于皮肤概况的对流换热系数较大，其散热（或吸热）量也较大。
对流换热系数可用经验公式计算，通经常使用巴兹公式计算。
的大致量级：
空气自然对流 5～25，气体强制对流 20～100。
实例2:
一钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图所示:
砂模的热物理性能如下表所示:
单位制
导热系数（KXX）
Btu/hr.in.oF
密度（DENS）
lbm/in3
比热（C）
Btu/lbm.oF
铸钢的热物理性能如下表所示:
单位制
0oF
2643oF
2750oF
2875oF
导热系数
Btu/hr.in.oF
焓
Btu/in3
0
初始条件:
铸钢的温度为2875oF，砂模的温度为80oF；
砂模外鸿沟的对流鸿沟条件：
对流系数2.oF，空气温度80oF；
求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。
/Title,CastingSolidification
!
进入前处理
/prep7
et,1,plane55！
定义单元
mp,dens,1,0.254！
定义砂模热性能
mptemp,1,0,2643,2750,2875！
定义铸钢的热性能
mpplot,kxx,2
mpplot,enth,2
save
！
创建几何模型
k,1,0,0,0
k,2,22,0,0
k,3,10,12,0
k,4,0,12,0
/pnum,kp,1
/pnum,line,1
/pnum,area,1
/Triad,ltop
kplot
a,1,2,3,4
save
rectng,4,22,4,8
aplot
aovlap,all
adele,3
aplot
save
！
划分网格
esize,1
amesh,5
mat,2
aplot
amesh,4
eplot
/pnum,elem
/number,1
save
！
进入加载求解
/SOLU
antype,trans！
设定为瞬态分析
esel,s,mat,,2！
设定铸钢的初始温度
nsle,s
/replot
ic,all,temp,2875
esel,inve！
设定砂模的初始温度
nsle,s
/replot
ic,all,temp,80
allsel
save
lplot
sfl,1,CONV,0.014,,80！
设定砂模外鸿沟对流
sfl,3,CONV,0.014,,80
sfl,4,CONV,0.014,,80
/psf,conv,2
time,3！
设定瞬态分析时间
kbc,1！
设定为阶越的载荷
autots,on！
打开自动时间步长
！
设定时间步长
timint,on！
打开时间积分
tintp,,,,1！
将THETA设定为1
outres,all,all！
输入每个子步的结果
solve
！
进入后处理
/post26
/pnum,node,1
/number,0
eplot
nsol,2,204,temp,center！
设定铸钢中心点温度随时间的变量
plvar,2！
绘制温度～时间曲线
save
finish
菜单操纵:
1.UtilityMenu>File>ChangeTitle,输入CastingSolidification;
2.定义单元类型:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,Add,Quad4node55；
3.定义砂模热性能:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>Isotropic,默认资料编号1,在Density（DENS）框中输入0.054,在Thermalconductivity（KXX）框中输入0.025,在Specificheat（C）框中输入0.28;
4.定义铸钢热性能温度表:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>-TempDependent->TempTable,输入T1=0,T2=2643,T3=2750,T4=2875;
5.定义铸钢热性能:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>-TempDependent->PropTable,选择ThConductivity,选择KXX,输入资料编号2,输入C1=1.44,C2=1.54,C3=1.22,C4=1.22,选择Apply,选择Enthalpy,输入C1=0,C2=128.1,C3=163.8,C4=174.2;
6.创建关键点:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>Keypoints>InActiveCS,输入关键点编号1,输入坐标0,0,0,输入关键点编号2,输入坐标22,0,0,输入关键点编号3,输入坐标10,12,0,输入关键点编号4,输入坐标0,12,0;
7.创建几何模型:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Arbitrary>ThroughKPs,顺序选取关键点1,2,3,4;
8.MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Rectangle>ByDimension,输入X1=4,X2=22,Y1=4,Y2=8;
9.进行布尔操纵:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans->Overlap>Area,Pickall；
10.删除多余面:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Delete>AreaandBelow,3
11.保管数据库:
在AnsysToolbar中选取SAVE_DB;
12.定义单元大小:
MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>-Global->Size,在Elementedgelength框中输入1;
13.对砂模划分网格:
MainMenu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择砂模;
14.对铸钢划分网格:
MainMenu>Preprocessor>-Attributes->Define>DefaultAttribs,在Materialnumber菜单中选择2;
15.MainMenu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择铸钢;
16.定义分析类型:
MainMenu>Solution>-AnalysisType->NewAnalysis,选择Transient;
17.选择铸钢上的节点:
UtilityMenu>Select>Entities,选择element,mat,输入2,选择Apply,选择node,attachedtoelement,选择OK;
18.定义铸钢的初始温度:
MainMenu>Solution>-Loads->Apply>InitialCondit’n>Define,选择Pickall,选择temp,输入2875,OK;
19.选择砂模上的节点:
UtilityMenu>Select>Entities,Nodes,inverse
20.定义砂模的初始温度:
MainMenu>Solution>-Loads->Apply>InitialCondit’n>Define,选择Pickall,选择temp,输入80,OK;
21.UtilityMenu>Select>Everything；
22.UtilityMenu>Plot>Lines；
23.定义对流鸿沟条件:
MainMenu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Converction>OnLines,选择砂模的三个鸿沟1,3,4,在filecoefficent框中输入80,在Bulktemperature框中输入,80;
24.设定瞬态分析时间选项:
MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Time/Frequenc>Time-TimeStep,
Timeatendofloadstep3
Automatictimesteppingon
25.设置输出:
MainMenu>Solution>LoadStepOpts>OutputCtrls>DB/ResultsFile,在Filewritefrequency框中选择Everysubstep;
26.求解:
MainMenu>Solution>-Solve->CurrentLS；
27.进入后处理:
MainMenu>TimehistPostproc；
28.定义铸钢中心节点的温度变量:
MainMenu>TimehistPostproc>DefineVariables,Add,NodalDOFresult,2,204；
29.绘制节点温度随时间变更曲线：
MainMenu>TimehistPostproc>GraphVariable,2。
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