ANSYS瞬態傳熱分析教程

瞬態傳熱分析的定義

瞬態熱分析用于計算一個系統的隨時間變化的溫度場及其它熱參數。在工程上一般用瞬態熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應力分析。

瞬態熱分析的基本步驟與穩態熱分析類似。主要的區別是瞬態熱分析中的載荷是隨時間變化的。為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷～時間曲線分為載荷步。載荷～時間曲線中的每一個拐點為一個載荷步，如下圖所示。

對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階越。

瞬態熱分析中的單元及命令

瞬態熱分析中使用的單元與穩態熱分析相同。要了解每個單元的詳細說明，請參閱《ANSYS Element Reference Guide》

ANSYS 瞬態熱分析的主要步驟

建模

加載求解

后處理

建模

確定jobname、title、units, 進入PREP7；

定義單元類型并設置選項；

如果需要，定義單元實常數；

定義材料熱性能：一般瞬態熱分析要定義導熱系數、密度及比熱；

建立幾何模型；

對幾何模型劃分網格。

加載求解

1、定義分析類型

如果第一次進行分析，或重新進行分析

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

Command: ANTYPE,TRANSIENT,NEW

如果接著上次的分析繼續進行（例如增加其它載荷）

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>Restart

Command: ANTYPE,TRANSIENT,REST

2、獲得瞬態熱分析的初始條件

①、定義均勻溫度場

如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設定所有節點初始溫度

Command:　TUNIF

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

如果不在對話框中輸入數據，則默認為參考溫度，參考溫度的值默認為零，但可通過如下方法設定參考溫度：

Command:　TREF

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

注意：設定均勻的初始溫度，與如下的設定節點的溫度（自由度）不同

Command:　D

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

初始均勻溫度僅對分析的第一個子步有效；而設定節點溫度將保持貫穿整個瞬態分析過程，除非通過下列方法刪除此約束：

Command:　DDELE

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

②、設定非均勻的初始溫度

在瞬態熱分析中，節點溫度可以設定為不同的值：

Command:　IC

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

如果初始溫度場是不均勻的且又是未知的，就必須首先作穩態熱分析確定初始條件：

設定載荷（如已知的溫度、熱對流等）

將時間積分設置為OFF：

Command:  TIMINT, OFF

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

設定一個只有一個子步的，時間很小的載荷步（例如0.001）：

Command:  TIME

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

寫入載荷步文件：

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：在第二載荷步中，要刪去所有設定的溫度，除非這些節點的溫度在瞬態分析與穩態分析相同。

3、設定載荷步選項

①、普通選項

時間：本選項設定每一載荷步結束時的時間：

Command:  TIME

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

每個載荷步的載荷子步數，或時間增量

對于非線性分析，每個載荷步需要多個載荷子步。時間步長的大小關系到計算的精度。步長越小，計算精度越高，同時計算的時間越長。根據線性傳導熱傳遞，可以按如下公式估計初始時間步長：

其中為沿熱流方向熱梯度最大處的單元的長度，為導溫系數，它等于導熱系數除以密度與比熱的乘積（)。

Command:  NSUBST or DELTIM

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

如果載荷在這個載荷步是恒定的，需要設為階越選項；如果載荷值隨時間線性變化，則要設定為漸變選項：

Command:  KBC

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

②、非線性選項

迭代次數：每個子步默認的次數為25，這對大多數非線性熱分析已經足夠。

Command:  NEQIT

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

自動時間步長：本選項為ON時，在求解過程中將自動調整時間步長。

Command:  AUTOTS

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

時間積分效果：如果將此選項設定為OFF，將進行穩態熱分析。

Command:  TIMINT

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

③、輸出選項

控制打印輸出：本選項可將任何結果數據輸出到*.out 文件中

Command: OUTPR

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

控制結果文件：控制*.rth的內容

Command: OUTRES

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

„、存盤求解

后處理

ANSYS提供兩種后處理方式：

POST1，可以對整個模型在某一載荷步（時間點）的結果進行后處理；

Command: POST1

GUI: Main Menu>General Postproc.

POST26，可以對模型中特定點在所有載荷步（整個瞬態過程）的結果進行后處理。

Command: POST26

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc

1、用POST1進行后處理

進入POST1后，可以讀出某一時間點的結果：

Command: SET

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

　　如果設定的時間點不在任何一個子步的時間點上，ANSYS會進行線性插值。

此外還可以讀出某一載荷步的結果：

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

　　然后就可以采用與穩態熱分析類似的方法，對結果進行彩色云圖顯示、矢量圖顯示、打印列表等后處理。

2、用POST26進行后處理

首先要定義變量：

Command: NSOL or ESOL or RFORCE

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables

然后就可以繪制這些變量隨時間變化的曲線：

Command: PLVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables

或列表輸出：

Command: PRVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>List Variables

此外，POST26還提供許多其它功能，如對變量進行數學操作等，請參閱《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》