仿真笔记——ANSYS热分析基础知识，你必须得了解

在实际生产过程中常常会遇到多种多样的热量传递问题：如计算某个系统或部件的温度分布、热量的获取、热梯度、热流密度、热应力及相变等。所涉及的领域包括：能源、化工、冶金、建筑、电子、航空航天、农业、制冷及船舶等。

ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元方法计算物体内部各节点温度，并导出其他物理参数。运用ANSYS软件可进行热传导、热对流、热辐射、相变、热应力及接触热阻等问题的分析求解。

2 热分析符号及单位

3 传热学经典理论

4 三种基本传热方式

热传递（或称传热）是物理学上的一个物理现象，是指由于温度差引起的热能传递现象。热传递中用热量量度物体内能的改变。热传递主要存在三种基本形式：热传导、热辐射和热对流。只要在物体内部或物体间有温度差存在，热能就必然以以上三种方式中的一种或多种从高温到低温处传递。

热导率（Thermal Conductivity）是单位温度梯度下的导热热通量，因而它代表物质的导热能力。物体的热导率与材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等许多因素有关。一般说来：金属的热导率最大，非金属次之，液体的较小，而气体的最小；固体金属材料热导率与温度反比，固体非金属材料与温度成正比；金属液体的热导率很大，而非金属液体的热导率较小；气体的热导率随温度升高而增大。各种物质的导热系数通常用实验方法测定。

对流传热系数（Convection Film Coefficient）指对流传热基本计算式——牛顿（Newton）冷却公式（Newton‘s law of cooling）中的比例系数，以前又称为对流换热系数，是由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有流体流动的场合单位是W/(㎡*K)，含义是对流换热速率，反应了对流传热的快慢，对流传热系数越大，表示对流传热越快。对流传热系数分为局部总传热系数和总传热系数，总传热系数总是接近于α小的流体的对流传热系数。对流传热系数代表对流传热能力。影响对流传热系数的主要因素有：引起流动的原因、流动状况、流体性质、传热面性质等。对流传热系数可由理论推导、因次分析、实验等方法获得。

辐射率（Emissivity也称发射率）是指衡量物体表面以辐射的形式释放能量相对强弱的能力。物体的辐射率等于物体在一定温度下辐射的能量与同一温度下黑体辐射能量之比。黑体的辐射率等于1，其他物体的辐射率介于0和1之间。

辐射率是依据物体本身的温度辐射出能量的能力，描述被测物体辐射能力的参数。也指物体自身辐射的能量与同一温度下绝对黑体所辐射的能量比，用守号ε表示。辐射率仅仅与物体表面的性质（成分、结构）有关。在定给温度条件下，任何物体的辐射率在数值上等于此物体的吸收率。ε=1-ρ。辐射率有时称为辐射系数。当辐射能投射到物体表面时，就发生反射、吸收和透过。物体吸收了辐射能后温度升高，并随之又辐射出一部分能量。

比热容（Specific Heat Capacity）是指没有相变化和化学变化时，一定量均相物质温度升高1K所需的热量。如果是1mol物质，则所需热量即为摩尔热容。在等压条件下的摩尔热容Cp称为定压摩尔热容。在等容条件下的摩尔热容Cv称为定容摩尔热容。通常将定压摩尔热容与温度的关系，关联成多项式。

生热率（Heat Generation Tate）指物体单位体积单位时间内产生的热量，单位为瓦特每立方米。

6 热载荷

ANSYS常用热载荷有温度、热流率、对流、热流密度、生热率、热辐射率等，将在后期案例中具体介绍。