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结构|传热分析

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2年前浏览6861

传热发生的原因

•发生热传递的基本要求是存在温差

(温度相同的两个物体不会发生热传递)

•热传递:热量从温度高的物体传到温度低的物体

传热方式

•热传导(Conduction)

物体或系统内部存在温度差

本质是由于分子热运动而互相撞击，热量从温度高的物体传到温度低的物体

•热对流(Convection) ®自然对流,强制对流

流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程

扩散(Diffusion)和平流(Advection)

※ 强制对流影响比较大®CFD 分析

•热辐射(Radiation)

物体具有温度而辐射电磁波的现象

不需要介质

热传导(Conduction)

傅里叶热传导定律(Fourier’s law of heatconductivity)

由于物体中存在温度梯度，热能在分子间相互移动的现象称为热传导

导热系数(ThermalConductivity)

表示物体传递热量的快慢

导热系数越大，传热越快

•各种材料在室温下的导热系数

热对流(Convection)

•牛顿冷却定律(Newton’s law of cooling)

•对流换热：物体(固体)与外部流体之间的传热

•自然对流和强制对流

<自然对流>由纯温差引起的流体运动

<强制对流>强制流动，如风扇、冷却水等

对流换热系数(FilmCoefficient)

•需要通过实验测量

•取决于固定表面的状态，流体的粘度、密度和速度等

•如果强制对流的影响比较大，需要进行CFD分析

总传热系数

•总传热系数受传热介质的厚度和导热系数的影响

•在计算总传热系数时，需要考虑对流传热系数的影响

热辐射(Radiation)

•黑体 (Blackbody)

理想化的物体，能够吸收外来的全部辐射，不发生反射和透射 → 发射率 = 1

•发射率(Emissivity)

真实物体的辐射能量与同温度下黑体的辐射能量之比

•固体与周围环境之间的电磁能量交换现象

•不需要介质

腔体辐射(CavityRadiation)

•腔体空间内表面之间的辐射热交换

•考虑表面的形状和方向

•辐射热交换的区域是光线能够直接到达的地方

•需要计算不能发生辐射热交换的区域

•有精确计算方法和积分逼近方法

•传热

热量从温度高的传到温度低的

<结果> 温度, 热通量(HeatFlux)

•传热结构的响应

温度分布的变化

结构的热稳定性
®热应力/ 热变形

•传热分析的类型

热传递分析

热固耦合分析

稳态传热分析

•具有恒定的热流量和热通量，温度分布达到平衡状态，不随时间发生变化

•荷载和边界不随时间变化

•当温度达到平衡状态后，可以查看最高温度的位置，以及温度引起的热变形和热应力

传热分析条件

•固定温度：指定一个不变的温度值

→ 适用于温度不变的地方

•初始温度：指定传热开始前的温度

(注意与固定温度的区别)

•热对流(Convection):固体表面与周围流体之间的热交换

•热通量(Heat Flux)：应用于固体表面热量流入流出的情况

→ 单位面积热流量(W/m2),有方向性(+)热吸收(-)热损失

•热源(Heat Generation): 应用用固体内部产生热量的情况

→ 单位体积的热流量(W/m3)

•绝缘(Insulation): 没有热量的输入/输出

→ 没有施加荷载和边界的表面认为是绝缘状态

→ 对称表面是绝缘状态

瞬态热传递分析

•热流量、热流密度和温度随时间发生变化

•边界条件和荷载随时间发生变化

•用于获取随时间变化的温度或获取温度达到稳定状态的时间。

时间函数

•时间函数定义：如果分析条件（固定温度，热对流，热通量，热量等）根据时间发生变化，则需定义时间函数。

•实际施加的热荷载=热荷载值X 时间函数

时间步长设置

•进行瞬态传热分析时，必须设置要分析的时间和时间步长。

•总时间:输入总分析时间

•时间步骤数量:将总时间分成多少步骤来进行分析

•中间步骤输出: 每N步输出结果

热分析传感器

•当特定节点温度达到指定温度时停止分析的条件

*当您要计算特定位置达到特定温度的时间时

(1) 在该位置的参考节点上设置传感器条件 (®可以设置最大值/最小值/平均值)
(2) 瞬态传热分析的时间足够长
(3) 当达到指定温度时，传感器激活，分析停止
(4) 使用传感器的工作时间计算达到特定温度的时间

热应力

•当温度升高时，物体膨胀；当温度降低时，物体收缩。

•热应变(ThermalStrain)

•热膨胀系数(coefficientof thermal expansion, [1/℃] )

每单位温度应变

•长度为L的物体所有位置的温度均匀变化时

•如果对物体的膨胀/收缩没有限制，那么温度变化不会导致物体内部产生应力

•当对物体的膨胀/收缩有限制时，温度变化就会导致物体内部产生应力，这就是热应力(ThermalStress)

热应力分析

•热传递分析之后将温度分布结果转化为热荷载并执行结构分析

热应力分析条件

•输入热膨胀系数 : 为了进行热应力分析，输入弹性模量、泊松比和密度的同时，输入热膨胀系数

•初始温度 : 指定传热开始前结构/系统的温度

(必须输入初始温度才能计算ΔT)

热应力分析条件

•约束：必须输入限制分析对象变形的约束条件

•荷载: 输入温度以外的荷载条件

•温度荷载:将热分析的温度分布转化为热荷载

(热应力分析能自动将热分析的温度分布结果转化为热荷载)

热应力分析流程

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来源：midas机械部落

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首次发布时间：2022-11-16

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