РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ТЕПЛООБМЕНА

ANSYS 5.7 Thermal Analysis Guide

Перевод:Югов В. П.

CflDFEm

Представительство CAD-FEM GmbH: офис 1703. 77, Щелковское шоссе. Москва, 107497, Россия

Тел.: (095) 468-81-75 Тел./факс: (095) 913-23-00 E-mail: info@cadfem.ru

Анализ тепловых явлений

При решении тепловых задач вычисляются распределения температур (температурные поля) и соответствующие (рассматриваемой задаче) тепловые величины в рассчитываемой системе или ее части. Типичными тепловыми величинами, представляющими интерес при тепловом расчете, являются:

Температурные поля.

Количество подведенного или отведенного тепла.

Градиенты температур.

Плотности тепловых потоков.

Тепловое моделирование играет важную роль в многочисленных инженерных приложениях, включая двигатели внутреннего сгорания, турбины, теплообменники, насосы и компоненты электронных схем. Во многих случаях тепловой расчет предшествует расчету на прочность, что позволяет определить термические напряжения, т.е. напряжения, обусловленные тепловым расширением или сжатием.

Как ANSYS трактует тепловое моделирование

Только A NSYS/Multi physics, ANSYS/Mechanical, AN SYS/Professional и ANSYS /FLOTRAN позволяют решать задачи теплообмена. Основой теплового анализа в ANSYSe является уравнение теплового баланса, основанное на законе сохранения энергии. (Подробности находятся в ANSYS Theory Reference).

Конечно-элементное решение, получаемое с помощью ANSYSa, определяет температуры в узлах, которые затем используются для получения других тепловых величин.

Программа ANSYS позволяет рассчитывать все три вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и лучистый теплообмен.

Конвекция

Конвекция рассматривается как граничное условие (3-го рода) на примыкающих к границе (модели) твердотельных или оболочечных элементах. Должны быть указаны коэффициент теплоотдачи и температура жидкости, омывающей (граничную) поверхность. ANSYS рассчитывает конвективный тепловой поток через зту поверхность. Если коэффициент теплоотдачи зависит от температуры, эта зависимость должна быть задана таблично.

При использовании конечно-элементных моделей, состоящих из теплопроводных стержней (которые не допускают постановку граничных условий 3-го рода), или в случаях, когда температура жидкости, омывающей границу модели, не известна заранее, в распоряжении ANSYSa имеется элемент конвективной связи LINK34. Кроме того, можно воспользоваться FLOTRAN CFD элементами для детального моделирования конвекции и получения таких величин, как скорости жидкости, омывающей границу модели, локальные коэффициенты теплоотдачи и тепловые потоки, а также распределения температуры, как в жидкости, так и в твердом теле.

Теплообмен излучением

ANSYS может решать задачи лучистого (радиационного) теплообмена, которые являются нелинейными, следующими 4-мя способами:

С помощью радиационного элемента LINK31.

С помощью элементов поверхностного эффекта с радиационной опцией (SURF151 для двумерных моделей или SURF152 для трехмерных моделей).

С помощью элементов поверхностного эффекта с радиацией посредством генерации в AUX12 радиационной матрицы и использования ее как суперзлемент.

С помощью радиационных граничных условий в программном модуле FLOTRAN CFD при решении задач газовой динамики.

Подробная информация об этих методах находится в разделе Теплообмен излучением.

Специальные эффекты

Кроме указанных выше трех видов теплообмена могут быть рассчитаны специальные эффекты, такие, как изменение агрегатного состояния (плавление