ANSYS Workbench 无冷源瞬态热分析
这是 ANSYS 工程实战 第 56 篇文章
问题描述：使用 ANSYS Workbench 分析部件自身发热一定时间后，只通过自身热容分散内部热量的影响因素。即无冷源状态下结构的温度分布及影响。
1. 模型设置
模型主要包括收集极组件，底板，过渡板，过渡板热导率为2W/mK，比热为600J/kgK，密度为1650kg/m^3，模型进行 part 设置 ，具体设置如图 1。
图 1 简化模型
2. 接触设置
收集极瓷与收集极外筒，收集极瓷与收集极电极，底板与碳纤维板之间设置接触热阻，接触热阻 6.67E-04（℃m2）/W，转换为接触热导率为 1.5 E-03W/(mm^2℃)如图 2 所示。
图 2 接触设置
3. 有限元网格
对热分析对象进行精细网格划分，网格大小设置如图 3 所示。
图 3 网格大小设置
划分网格后的有限元模型如图 4 所示。
图 4 划分后网格
4. 边界条件及载荷设置
设置设置初始温度和整管的环境温度为25°， 底板和过渡板不设置温度，如图 5 。
图 5 环境温度及初始温度设置
温度载荷加载时间 2000s ,瞬态时间及子步设置如图 6。
图 6 时间步设置
收集极的第一电极、第二电极、第三电极、第四电极功率比为 1：3：5：6，具体设置如图 5 。
图 7 温度载荷设置
5. 仿真结果分析
仿真后得到整个结构钢 1000 s 时的结构温度分布，如图 8 ，最高温度 129.6℃，温升 104.6℃，过渡板温度 25℃。
图 8 整个结构温度分布
剖切后整个结构的内部温度如图 9 。
图 9 整个结构温度分布
1000s 时底板底面温度分布如图 10，最高温度为98.9℃，最低温度64.8℃，温差34.1℃，底板下表面最高温升73.9℃。
图 10 底板温度分布及温升
1000s 过渡板温度分布如图 11，最高温度为98.9℃，最低温度为25℃，温升73.9℃。
图 11 过渡板温度分布及温升
6. 改变过渡板材料及厚度仿真结果分析
只改变过渡板材料和尺寸，模型如图 12 。
图 12 过渡板为铝板模型
最高温度 96℃，温升 71℃，如图 13。
图 13 整个结构温度分布
1000s 时整个结构底板底面温度分布如图 14，最高温度为63.6℃，最低温度46℃，温差17.6℃，底板下表面最高温升38.6℃。
图 14 底板面温度分布
材料和尺寸变化，1000s 对应整个结构，底板底面，过渡板温度汇总如图 15，过渡板材料和厚度都会影响无冷源结构的最高温度。
图 15 过渡板材料和厚度变化整个结构温度比对
补充说明：
随着时间的增加，无冷源结构的最高温度会不断升高，但我们可以得到不同时间点无冷源结构的最高温度和各部分的温度分布情况。
