NFX|1D单元传热分析

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本文摘要：（由ai生成）

热传递是物理学中的热能传递现象，主要通过热传导、辐射和对流进行。midas NFX和midas MeshFree软件支持热传递分析，可处理稳态和瞬态传热，以及流体CFD分析。分析中考虑材料特性、边界条件和荷载条件，包括固定温度、对流、辐射和热通量等。热传递分析涉及热传导矩阵、温度向量和热荷载向量，使用有限单元模型进行计算。分析结果可展示温度分布、温度梯度和热流方向等。midas NFX默认考虑非线性，需定义荷载步骤。

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。

midas NFX支持1D、2D、3D单元特性的传热分析（稳态、瞬态）以及流体CFD传热分析，支持热传导、热对流、热辐射、空腔辐射

midas MeshFree支持3D单元传热分析（稳态、瞬态），支持热传导、热对流、热辐射

材料

在热传递单元中可使用的材料有各向同性和各向异性。下表为结构材料与热传导材料间的关系。

结构材料与热传导材料的关系

各向同性热传导材料的热流(heat flux)与温度梯度(temperature gradient)的关系如下。

各向异性材料的热流-温度梯度的关系如下

midas NFX的热传递分析基本步骤如下：

第一步：建立几何形状(可导入3D CAD生成的模型)

第二步：简化实体模型(编辑和修改、删除孔洞、圆角、小面、短线)

第三步：划分网格(对几何形状划分网格)

第四步：定义材料特性(输入热传导率、比热、密度等信息)

第五步：定义边界条件和荷载条件(输入固定温度、对流、辐射、发热、热通量等信息)

第六步：设置分析工况并运行(定义控制参数和分析类型)

第七步：查看结果(温度、热通量，需确认热流结果时可增加要查看的结果项)

热传递分析的荷载条件及边界条件

边界条件有固定温度、对流条件、辐射等。

荷载有结构体内部的发热条件和从外部流入的热流条件

传导

conduction

物体温度升高是由于有热量传入使得构成物体的分子运动变得活跃。物体被加热时由于分子间的撞击而产生震动，这种连锁反应会持续发生直到不存在温度差为止。像静止的流体或固体状态的物质由相邻分子的运动导致热量传递的现象叫做传导。热传导率(thermal conductivity)是体现热传导能力的材料特性。

初始温度

initial temperature

作为结构体生成时的温度，是热传递分析的初始条件。进行瞬态热传递分析时必须指定初始温度，稳态热传递分析可不设定初始温度，但会对解的收敛性有影响。

固定(强制)温度

specified temperature，prescribed temperature

可在指定位置(点、线、面、局部)输入固定温度，如下图所示在主菜单上点击固定温度命令。指定为固定温度的区域始终维持给定的温度，因此属于约束条件。

固定温度与初始温度区别

•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

软件提供针对1D（梁、桁架）单元、2D（板壳）单元、3D（实体）单元的热通量设置，对于1D单元的热通量，选择节点类型，通过面积因子的方法来考虑。

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)

对流

convection

在液体或气体中，高温部分与低温部分相互移动而产生的热传递现象叫做对流。像泵一样强制使流体在物体表面流动，人为产生对流的情况叫做强制对流(forced convection)，流体内的温差造成密度变化并产生浮力而发生的对流叫自然对流(free convection)。对流的热传导率一般与温差成正比结构处于室外环境中时需要输入大气温度和大气对流系数，一般在自然对流的情况下大气对流系数可输入1E-005~2E-005(mm²·[T])。