算例分享：验证稳态系统的热平衡条件
本文给出一个稳态热传导计算的例题，通过分析验证了热平衡条件。
问题的简单描述如下：
直径1.0m、长度5.0m的圆柱。环境温度25℃，左端恒温50℃，右端为给定热流量500W，侧面为环境对流边界，对流换热系数5.0W/（m2℃）。材料导热系数60.5W/（m℃），线膨胀系数1.0×10-5/℃，弹性模量2.0×105MPa，泊松比0.3。计算圆柱中的温度以及应力分布情况。
按如下的步骤进行建模及分析。
1.建立分析流程
启动Workbench，在Project Schematic中添加如图10-5所示的热应力分析流程。保存项目文件为Cylinder.wbpj。
2.定义材料数据
在项目图解中，双击单元格A2，进入Engineering Data界面。添加新材料New_MAT，在左侧的工具箱中为New_MAT材料添加热膨胀系数、参考温度、线弹性参数、导热系数等属性，设置其参数如图1所示。输入完成后关闭Engineering Data，返回Workbench。
3.建立几何模型
在项目图解中，右键单元格A3，选择New DesignModeler Geometry，在DM中通过拉伸YZ平面的圆形草图建立如图2所示的几何模型。
4.指定材料
在项目图解中，右键单元格A4，选择Edit启动Mechanical Application。在Geometry分支下选择Solid分支，指定其Details中的Material Assignment为New_MAT。
5.划分网格
选择Mesh分支，右键菜单选择插入Sizing，对整个体指定Element Size为0.1m。选择Generate Mesh右键菜单，划分得到的网格如图3所示。
6.稳态热分析
选择Steady-State Thermal分支。在视图中选择左端面，鼠标右键插入Temperature，在Temperature的属性中输入50℃；在视图中选择右端面，鼠标右键插入Heat Flow，指定Heat Flow的Magnitude为500W；在视图中选择圆柱侧面，鼠标右键插入Convection，指定Convection的Film Coefficient为5.0W/（m2℃），Ambient Temperature为25℃；选择Initial Temperature，指定其Value为25℃。
选择Solution（A6）分支，鼠标右键插入Thermal结果的Temperature以及Total Heat Flux。按Ctrl键选择Temperature以及Convection两个边界条件分支，拖至Solution（A6）上，在Solution分支下形成这两个边界的热流探针Reaction Probe以及Reaction Probe 2。
稳态热分析最后设置如图4所示。
选择Solution（A6）分支，点Solve按钮求解。求解完成后，查看Temperature分布结果如图5所示。
查看热通量Total Heat Flux结果如图6所示。
查看Reaction Prob结果，如图7所示，其中Reaction Prob的结果为618.32W，即恒温边界的热流率；Reaction Prob 2的结果为-1118.3W，即对流侧面的热流率。图中两个边界热流率之和为-500W，与右端面的功率500W相平衡，表明整个系统处于热平衡态，验证了计算结果的正确性。
