第第 66 章章ANSYSANSYS 热分析热分析

李达李达 西南交通大学材料学院西南交通大学材料学院

11 　简介　简介 一、热分析的目的一、热分析的目的 二、二、 ANSYSANSYS 的热分析的热分析 三、三、 ANSYSANSYS 热分析分类热分析分类 四、耦合分析四、耦合分析

22 　基础知识　基础知识 一、符号与单位一、符号与单位 二、传热学经典理论回顾二、传热学经典理论回顾 三、热传递的方式三、热传递的方式 四、稳态传热四、稳态传热 五、瞬态传热五、瞬态传热 六、线性与非线性六、线性与非线性 七、边界条件、初始条件七、边界条件、初始条件 八、热分析误差估计八、热分析误差估计

主要内容 主要内容

33 　稳态传热分析　稳态传热分析 (1)(1) 、稳态传热的定义、稳态传热的定义 (2)(2) 、热分析的单元、热分析的单元 (3)(3) 、、 ANSYSANSYS 稳态热分析的基本过程稳态热分析的基本过程 练习练习 44 　瞬态传热分析　瞬态传热分析 (1)(1) 、瞬态传热分析的定义、瞬态传热分析的定义 (2)(2) 、瞬态热分析的单元及命令、瞬态热分析的单元及命令 (3)(3) 、、 ANSYSANSYS 瞬态热分析的主要步骤瞬态热分析的主要步骤

11 、建模、建模 22 、加载求解、加载求解 33 、后处理、后处理

(4)(4) 、相变问题、相变问题 练习练习

6-1. 6-1. 热分析的目的热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及

其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。度、热流密度（热通量〕等。

热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、换热器、管路系统、电子元件等。燃机、换热器、管路系统、电子元件等。

6-2. ANSYS6-2. ANSYS 的热分析的热分析 在在 ANSYS/MultiphysicsANSYS/Multiphysics 、、 ANSYS/MechaANSYS/Mecha

nicalnical 、、 ANSYS/ThermalANSYS/Thermal 、、 ANSYS/FLOTANSYS/FLOTRANRAN 、、 ANSYS/EDANSYS/ED 五种产品中包含热分析功五种产品中包含热分析功能。能。

· ANSYS· ANSYS 热分析基于能量守恒原理的热平衡方热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。它热物理参数。

· ANSYS· ANSYS 热分析包括热传导、热对流及热辐射热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。内热源、接触热阻等问题。

6-3. ANSYS6-3. ANSYS 的热分析分类 的热分析分类

稳态传热：系统的温度场不随时间变化稳态传热：系统的温度场不随时间变化 瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化

9-4. 与热有关的耦合分析

· 热－结构耦合 · 热－流体耦合 · 热－电耦合 · 热－磁耦合 · 热－电－磁－结构耦合等

热分析热分析基 础 知 识基 础 知 识

1 、符号与单位 2 、传热学经典理论回顾 3 、热传递的方式 4 、稳态传热 5 、瞬态传热 6 、线性与非线性 7 、边界条件、初始条件 8 、热分析误差估计

项目 国际单位 英制单位 ANSYS 代号长度 m ft[ 英尺 ]  时间 s s  质量 Kg lbm [ 磅质量 ]  温度 ℃ oF  力 N lbf  能量（热量） J BTU[ 英制热单

位 ] 

功 率 （ 热 流率）

W BTU/sec  热流密度 W/m2 BTU/sec-ft2  生热速率 W/m3 BTU/sec-ft3  导热系数 W/m-℃ BTU/sec-ft-oF KXX对流系数 W/m2-℃ BTU/sec-ft2-oF HF密度 Kg/m3 lbm/ft3 DENS比热 J/Kg-℃ BTU/lbm-oF C焓 J/m3 BTU/ft3 ENTH

11 、符号与单位 、符号与单位

22 、传热学经典理论回顾 、传热学经典理论回顾

11 、热传导、热传导 　　热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一　　热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一

个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：交换。热传导遵循付里叶定律： qn=-k*(dT/dx)qn=-k*(dT/dx) ，式，式中中 qnqn 为热流密度（为热流密度（ W/m2W/m2 ），）， kk 为导热系数（为导热系数（ W/W/m-℃m-℃ ），“），“ -”-” 表示热量流向温度降低的方向。表示热量流向温度降低的方向。

22 、热对流、热对流 　　热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，　　热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，

由于温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为由于温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程两类：自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述： 来描述： qn= h*(TS-TB)qn= h*(TS-TB) ，式中，式中 hh 为对流换热系数为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等）， （或称膜传热系数、给热系数、膜系数等）， TSTS 为为固体表面的温度， 固体表面的温度， TBTB 为周围流体的温度。为周围流体的温度。

33 、热传递的方式 、热传递的方式

33 、热辐射、热辐射 热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变

为热的热量交换过程为热的热量交换过程。。物体温度越高，单位时间辐射的物体温度越高，单位时间辐射的热量越多热量越多。热传导和热对流都需要有传热介质，而。热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐热辐射无须任何介质射无须任何介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。。实质上，在真空中的热辐射效率最高。

在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净热量统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬—波尔兹曼方程来计算：传递可以用斯蒂芬—波尔兹曼方程来计算： q=εσAq=εσA11FF1212

(T(T1144-T-T22

44)) ，式中，式中 qq 为热流率， 为热流率， εε 为辐射率（黑度）， 为辐射率（黑度）， σσ 为斯蒂芬－波尔兹曼常数，约为为斯蒂芬－波尔兹曼常数，约为 5.67×105.67×10-8-8W/mW/m22.K.K44 ，，AA11 为辐射面为辐射面 11 的面积，的面积， FF1212 为由辐射面为由辐射面 11到辐射面到辐射面 22 的的形状系数，形状系数， TT11 为辐射面为辐射面 11 的绝对温度，的绝对温度， TT22 为辐射面为辐射面 22的绝对温度。由上式可以看出，包含热辐射的热分析是的绝对温度。由上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。高度非线性的。

如果系统的净热流率为０，即流入系统的热量加上系统如果系统的净热流率为０，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：自身产生的热量等于流出系统的热量： qq 流入流入 +q+q生生成成 -q-q 流出流出 =0=0 ，则，则系统处于热稳态系统处于热稳态。在。在稳态热分析中任稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方。稳态热分析的能量平衡方程为（以矩阵形式表示）程为（以矩阵形式表示）

[K]{T}={Q}[K]{T}={Q} 　　 式中： 式中： [K][K] 为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐

射率和形状系数；射率和形状系数； {T}{T} 为节点温度向量；为节点温度向量； {Q}{Q} 为节点热流率向量，包含热生成；为节点热流率向量，包含热生成； 　　　　 ANSYSANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成所施加的边界条件，生成 [K] [K] 、 、 {T}{T} 以及以及 {Q} {Q} 。。

44 、稳态传热 、稳态传热

瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：形式表示）：

[C]{ }+[K]{T}={Q}[C]{ }+[K]{T}={Q} 式中式中 :: [K] [K] 为传导矩阵，包含导热系数、对为传导矩阵，包含导热系数、对

流系数及辐射率和形状系数；流系数及辐射率和形状系数； [C][C] 为比热矩阵为比热矩阵 ,,考虑系统内能的增加考虑系统内能的增加 ;; {T}{T} 为节点温度向量；为节点温度向量； { }{ } 为温度对时间的导数为温度对时间的导数 ;; {Q}{Q} 为节点热流率向量，包含热生成。为节点热流率向量，包含热生成。

66 、瞬态传热、瞬态传热

66 、线性与非线性、线性与非线性 如果有下列情况产生，则为如果有下列情况产生，则为非线性热分析非线性热分析：： ①① 、材料热性能随温度变化，如、材料热性能随温度变化，如 K(T),C(T)K(T),C(T)

等；等； ②② 、边界条件随温度变化，如、边界条件随温度变化，如 h(T)h(T) 等；等； ③③ 、含有非线性单元；、含有非线性单元； ④④ 、考虑辐射传热、考虑辐射传热 非线性热分析的热平衡矩阵方程为：非线性热分析的热平衡矩阵方程为： [C(T)]{ }+[K(T)]{T}={Q (T)}[C(T)]{ }+[K(T)]{T}={Q (T)}

77 、边界条件、初始条件 、边界条件、初始条件 ANSYSANSYS 热分析的边界条件或初始条件热分析的边界条件或初始条件

可分为七种：可分为七种： 温度温度 ;; 热流率热流率 ;; 热流密度热流密度 ;; 对流对流 ;; 辐射辐射 ;; 绝热绝热 ;; 生热。生热。

· · 仅用于评估由于网格密度不够带来的误差；仅用于评估由于网格密度不够带来的误差； · · 仅适用于仅适用于 SOLIDSOLID 或或 SHELLSHELL 的热单元（只有的热单元（只有

温度一个自由度）；温度一个自由度）； · · 基于单元边界的热流密度的不连续；基于单元边界的热流密度的不连续； · · 仅对一种材料、线性、稳态热分析有效；仅对一种材料、线性、稳态热分析有效； · · 使用自适应网格划分可以对误差进行控制。使用自适应网格划分可以对误差进行控制。

88 、热分析误差估计 、热分析误差估计

稳态传热分析稳态传热分析

目的：通过学习，介绍稳态传热分析的知识，以助于大家了解以后的稳态传热分析，并能对简单的问题进行求解。

1 、稳态传热的定义2 、热分析的单元3 、 ANSYS 稳态热分析的基本过程练习

1 稳态传热定义

稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。 稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数

热分析涉及到的单元有大约热分析涉及到的单元有大约 4040 种，其中纯粹用于热分析的有种，其中纯粹用于热分析的有 1414 种：种： 线性：线性： LINK32LINK32 两维二节点热传导单元两维二节点热传导单元 LINK33LINK33 三维二节点热传导单元三维二节点热传导单元 LINK34LINK34 二节点热对流单元二节点热对流单元 LINK31LINK31 二节点热辐射单元二节点热辐射单元 二维实体：二维实体： PLANE55PLANE55 四节点四边形单元四节点四边形单元 PLANE77PLANE77 八节点四边形单元八节点四边形单元 PLANE35PLANE35 三节点三角形单元三节点三角形单元 PLANE75PLANE75 四节点轴对称单元四节点轴对称单元 PLANE78PLANE78 八节点轴对称单元八节点轴对称单元 三维实体三维实体 SOLID87SOLID87 六节点四面体单元六节点四面体单元 SOLID70SOLID70 八节点六面体单元八节点六面体单元 SOLID90SOLID90 二十节点六面体单元二十节点六面体单元 壳壳 SHELL57SHELL57 四节点四节点 点点 MASS71MASS71 　　有关单元的详细解释，请参阅《　　有关单元的详细解释，请参阅《 ANSYS Element Reference ANSYS Element Reference

GuideGuide》》

2 热分析单元

ANSYSANSYS 热分析可分为三个步骤：热分析可分为三个步骤： · · 前处理：前处理： 建模建模 · · 求解：求解： 施加载荷计算施加载荷计算 · · 后处理：后处理： 查看结果查看结果

3 热分析基本过程

建模建模 ①① 、确定、确定 jobnamejobname 、、 titletitle 、、 unitunit ；； ②② 、进入、进入 PREP7PREP7 前处理，定义单元类型，前处理，定义单元类型，设定单元选项；设定单元选项；

③③ 、定义单元实常数；、定义单元实常数； ④④ 、定义材料热性能参数，对于稳态传热，、定义材料热性能参数，对于稳态传热，

一般只需定义导热系数，它可以是恒定的，也一般只需定义导热系数，它可以是恒定的，也可以随温度变化；可以随温度变化；

⑤⑤ 、创建几何模型并划分网格，请参阅《、创建几何模型并划分网格，请参阅《 ANANSYS Modeling and Meshing GuideSYS Modeling and Meshing Guide 》。》。

加载计算加载计算①① 、定义分析类型、定义分析类型 如果进行新的热分析：如果进行新的热分析：Command: ANTYPE, STATIC, NEWCommand: ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>StGUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>St

eady-stateeady-state 如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：如果继续上一次分析，比如增加边界条件等：Command: ANTYPE, STATIC, RESTCommand: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menu>Solution>Analysis Type->RestartGUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart

②②、施加载荷、施加载荷　　可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载　　可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷荷 (( 边界条件边界条件 ) ) ：：aa 、恒定的温度、恒定的温度

　　通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。　　通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。Command Family:Command Family: 　　 DDGUIGUI ：： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-TMain Menu>Solution>-Loads-Apply>-T

hermal-Temperaturehermal-Temperature

bb 、热流率、热流率 热流率热流率作为节点集中载荷，主要用于作为节点集中载荷，主要用于线单元模型线单元模型

中中 (( 通常线单元模型不能施加对流或热流密度载通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷荷 )) ，如果输入的值为，如果输入的值为正正，代表热流流入节点，，代表热流流入节点，即单元获取热量。即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在如果温度与热流率同时施加在一节点上则一节点上则 ANSYSANSYS读取温度值进行计算。读取温度值进行计算。注意注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的则此节点周围的单元要密单元要密一些，在两种导热系数一些，在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时，差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时，尤其要注意。此外，尽可能使用热生成或热流密尤其要注意。此外，尽可能使用热生成或热流密度边界条件，这样结果会更精确些。度边界条件，这样结果会更精确些。

Command Family: FCommand Family: FGUIGUI ：： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-TMain Menu>Solution>-Loads-Apply>-T

hermal-Heat Flowhermal-Heat Flow

c 、对流对流边界条件作为面载施加于实体的外表面，计算与流体的热交换，它仅可施加于实体和壳模型上，对于线模型，可以通过对流线单元 LINK34考虑对流。Command Family: SFGUI ： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection

dd 、热流密度、热流密度 热流密度热流密度也是一种也是一种面载面载。当通过单位面积的热流。当通过单位面积的热流率已知或通过率已知或通过 FLOTRAN CFDFLOTRAN CFD 计算得到时，可计算得到时，可以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入以在模型相应的外表面施加热流密度。如果输入的值为正，代表热流流入单元。的值为正，代表热流流入单元。热流密度也仅适热流密度也仅适用于实体和壳单元用于实体和壳单元。热流密度与对流可以施加在。热流密度与对流可以施加在同一外表面，但同一外表面，但 ANSYSANSYS 仅读取最后施加的面载仅读取最后施加的面载进行计算。进行计算。

Command Family: FCommand Family: FGUIGUI ：： Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-TMain Menu>Solution>-Loads-Apply>-T

hermal-Heat Fluxhermal-Heat Flux

ee 、生热率、生热率 生热率生热率作为作为体载施加体载施加于单元上，可以模拟于单元上，可以模拟化化

学反应生热或电流生热学反应生热或电流生热 。它的单位是单位。它的单位是单位体积的热流率。体积的热流率。

Command Family: BFCommand Family: BFGUIGUI ：： Main Menu>Solution>-Loads-AppMain Menu>Solution>-Loads-App

ly>-Thermal-Heat Generatly>-Thermal-Heat Generat

③③定载荷步选项定载荷步选项对于一个热分析，可以确定对于一个热分析，可以确定普通选项、非线性选项以普通选项、非线性选项以

及输出控制。及输出控制。a. a. 普通选项普通选项 时间选项时间选项：虽然对于稳态热分析，时间选项并没有：虽然对于稳态热分析，时间选项并没有

实际的物理意义，但它提供了一个方便的实际的物理意义，但它提供了一个方便的设置载荷步和载荷子步的设置载荷步和载荷子步的方法。方法。Command: TIMECommand: TIMEGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time/Frequenc>Time-Time Step/Time-Time Step/Time and SubstpsTime and Substps

每载荷步中子步的数量或时间步大小每载荷步中子步的数量或时间步大小：对于：对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。非线性分析，每一载荷步需要多个子步。

Command: NSUBSTCommand: NSUBSTGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-

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

> Time/Frequenc >Time-Time Step> Time/Frequenc >Time-Time Step

递进或阶越选项递进或阶越选项：如果定义阶越：如果定义阶越 (stepped)(stepped)选项，载荷值在这个载荷步内保持不变；选项，载荷值在这个载荷步内保持不变；如果为递进如果为递进 (ramped)(ramped) 选项，则载荷值由选项，则载荷值由上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线上一载荷步值到本载荷步值随每一子步线性变化。性变化。

Command: KBCCommand: KBCGUI: Main Menu>Solution>-Load Step OGUI: Main Menu>Solution>-Load Step O

pts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Tipts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substpsme and Substps

③③ 定载荷步选项定载荷步选项b. b. 非线性选项非线性选项 迭代次数迭代次数：本选项设置每一子步允许的最多：本选项设置每一子步允许的最多

的迭代次数。默认值为的迭代次数。默认值为 2525 ，对大数热分析，对大数热分析问题足够。问题足够。

Command: NEQITCommand: NEQITGUI: Main Menu>Solution>-Load Step OGUI: Main Menu>Solution>-Load Step O

pts-Nolinear>Equilibrium Iterpts-Nolinear>Equilibrium Iter

自动时间步长自动时间步长 : : 对于非线性问题，可以自动对于非线性问题，可以自动设定子步间载荷的增长，保证求解的稳定设定子步间载荷的增长，保证求解的稳定性和准确性。性和准确性。

Command: AUTOTSCommand: AUTOTSGUI: Main Menu>Solution>-Load Step OGUI: Main Menu>Solution>-Load Step O

pts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Tipts-Time/Frequenc>Time-Time Step/Time and Substpsme and Substps

收敛误差收敛误差：可根据温度、热流率等检验热分：可根据温度、热流率等检验热分析的收敛性。析的收敛性。

Command: CNVTOLCommand: CNVTOLGUI: Main Menu>Solution>-Load Step OGUI: Main Menu>Solution>-Load Step O

pts-Nolinear>Convergence Critpts-Nolinear>Convergence Crit

求解结束选项求解结束选项：如果在规定的迭代次数内，：如果在规定的迭代次数内，达不到收敛，达不到收敛， ANSYSANSYS 可以停止求解或到下可以停止求解或到下一载荷步继续求解。一载荷步继续求解。

Command: NCNVCommand: NCNVGUI: Main Menu>Solution>-Load Step OGUI: Main Menu>Solution>-Load Step O

pts-Nolinear>Criteria to Stoppts-Nolinear>Criteria to Stop

·· 线性搜索线性搜索：设置本选项可使：设置本选项可使 ANSYSANSYS 用用 Newton-Newton-RaphsonRaphson 方法进行线性搜索。方法进行线性搜索。

Command: LNSRCHCommand: LNSRCHGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-NoGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-No

linear>Line Searchlinear>Line Search预测矫正预测矫正：本选项可激活每一子步第一次迭代对自：本选项可激活每一子步第一次迭代对自

由度求解的预测矫正。由度求解的预测矫正。Command: PREDCommand: PREDGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-NoGUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-No

linear>Predictorlinear>Predictor

③③ 定载荷步选项定载荷步选项c. c. 输出控制输出控制    控制打印输出控制打印输出：本选项可将任何结果数据：本选项可将任何结果数据输出到输出到 *.out *.out 文件中。文件中。

Command: OUTPRCommand: OUTPRGUI: Main Menu>Solution>-Load Step OGUI: Main Menu>Solution>-Load Step O

pts-Output Ctrls>Solu Printoutpts-Output Ctrls>Solu Printout

c. c. 输出控制输出控制   控制结果文件控制结果文件：控制：控制 *.rth*.rth 的内容。的内容。Command: OUTRES Command: OUTRES GUI: Main Menu>Solution>-Load Step OGUI: Main Menu>Solution>-Load Step O

pts-Output Ctrls>DB/Results Filepts-Output Ctrls>DB/Results File

④④ 确定分析选项确定分析选项a. a. Newton-RaphsonNewton-Raphson 选项选项 （仅对非线性分析有（仅对非线性分析有

用）用）Command: NROPT Command: NROPT GUI: Main Menu>Solution>Analysis OptionsGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options

b. b.     选择求解器选择求解器：可选择如下求解器中一个进行求解：：可选择如下求解器中一个进行求解：·      Frontal solver·      Frontal solver((默认）默认）·      Jacobi Conjugate Gradient(JCG) solver·      Jacobi Conjugate Gradient(JCG) solver·      JCG out-of-memory solver·      JCG out-of-memory solver·      Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver·      Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) solver·      Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG)·      Pre-Conditioned Conjugate Gradient Solver(PCG)·      Iterative(automatic solver selection option)·      Iterative(automatic solver selection option)Command: EQSLV Command: EQSLV GUI: Main Menu>Solution>Analysis OptionsGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options

注意注意：热分析可选用：热分析可选用 IterativeIterative 选项进行快速求解，但如下情况选项进行快速求解，但如下情况除外：除外：

·      ·      热分析包含热分析包含 SURF19SURF19 或或 SURF22SURF22 或超单元；或超单元；·      ·      热辐射分析；热辐射分析；·      ·      相变分析相变分析·      ·      需要需要 restart an analysisrestart an analysis

c. c. 确定绝对零度确定绝对零度：在进行热辐射分析时，要将：在进行热辐射分析时，要将目前的温度值换算为绝对温度。如果使用的目前的温度值换算为绝对温度。如果使用的温度单位是摄氏度，此值应设定为温度单位是摄氏度，此值应设定为 273273 ；如；如果使用的是华氏度，则为果使用的是华氏度，则为 460460 。。

Command: TOFFSTCommand: TOFFSTGUI: Main Menu>Solution>Analysis OptioGUI: Main Menu>Solution>Analysis Optio

nsns

⑤⑤保存模型保存模型 : : 点击点击 ANSYSANSYS 工具条工具条 SAVE_DBSAVE_DB 。。⑥⑥求解求解Command: SOLVECommand: SOLVEGUI: Main Menu>Solution>Current LSGUI: Main Menu>Solution>Current LSANSYSANSYS 将热分析的结果写入将热分析的结果写入 *.rth*.rth 文件中，它包含如文件中，它包含如下下

数据：数据：　　　基本数据：　基本数据：            节点温度节点温度　　导出数据：　　导出数据：            节点及单元的热流密度节点及单元的热流密度            节点及单元的热梯度节点及单元的热梯度            单元热流率单元热流率            节点的反作用热流率节点的反作用热流率            其它其它

对于稳态热分析，可以使用对于稳态热分析，可以使用 POST1POST1 进行后处理，关于进行后处理，关于后处理的完整描述，可参阅《后处理的完整描述，可参阅《 ANSYS Basic AnalyANSYS Basic Analysis Procedures Guidesis Procedures Guide 》。》。

　　进入　　进入 POST1POST1 后，读入载荷步和子步：后，读入载荷步和子步：Command: SET Command: SET GUI: Main Menu>General Postproc>-Read ResultGUI: Main Menu>General Postproc>-Read Result

s-By Load Steps-By Load Step

可以通过如下三种方式查看结果：可以通过如下三种方式查看结果：            彩色云图显示彩色云图显示Command: PLNSOL, PLESOL, PLETABCommand: PLNSOL, PLESOL, PLETAB 等等GUI: Main Menu>General Postproc >Plot ReGUI: Main Menu>General Postproc >Plot Re

sults>Nodal Solu, Element Solu, Elem Tabsults>Nodal Solu, Element Solu, Elem Tablele

矢量图显示矢量图显示Command: PLVECTCommand: PLVECTGUI: Main Menu>General Postproc>Plot GUI: Main Menu>General Postproc>Plot

Results>Pre-defined or UserdefinedResults>Pre-defined or Userdefined

列表显示列表显示Command: PRNSOL, PRESOL, PRRSOLCommand: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL

等等GUI: Main Menu>General Postproc>List GUI: Main Menu>General Postproc>List

Results>Nodal Solu, Element Solu, ReaResults>Nodal Solu, Element Solu, Reaction Soluction Solu

　　详细过程请参阅《　　详细过程请参阅《 ANSYS Basic AnalANSYS Basic Analysis Procedures Guideysis Procedures Guide 》。》。

练习练习 电线生热分析：电线生热分析： 电热丝的半径电热丝的半径 r=1.015mmr=1.015mm ，电阻率，电阻率 ρ=80×1ρ=80×1

00-6-6Ω*cmΩ*cm ，热导率，热导率 λ=19.03W/(m.k)λ=19.03W/(m.k) ，稳态，稳态时通过电热丝的电流时通过电热丝的电流 I=150AI=150A ，几何模型如图，几何模型如图所示，简化为轴对称，取轴线长度所示，简化为轴对称，取轴线长度 1.5mm1.5mm ，，求中心线温度比表面温度高多少。求中心线温度比表面温度高多少。

问题分析：问题分析： 1 1 可选用平面热分析可选用平面热分析 PLANE55PLANE55 单元和单元和 SOSO

LIDLID 单元进行分析。单元进行分析。 2 2 将电流产生的热能作为热生成体载荷施将电流产生的热能作为热生成体载荷施

加到电热丝上，热能加到电热丝上，热能 QQ 的计算的计算