使用 Ansys Mechanical 进行传热分析

Ansys Mechanical中的传热分析技术指南


1. 传热分析的概述

在当前的工程研究和产品设计中，传热研究是不可或缺的一个环节。Ansys Mechanical作为业内先进而强大的仿真软件，提供了全面的传热分析工具，允许用户深入理解各组件在不同条件下的热行为。本章节将详细介绍在Ansys Mechanical中进行传热分析的三个主要阶段：热传导、热对流以及热辐射。

1.1 热传导分析

传热的首种基本形式是热传导。在基于传导的传热分析中，Ansys Mechanical自动化地处理热流方向与材料属性之间的关系。通过对材料属性（如导热率）、网格尺寸、所设定界面、边界条件及起始状态的精确管理，用户能够获取准确的传导热流预测。




1.2 边界条件、膜系数与体相温度

在基于传导分析中，对流被作为边界条件纳入考虑。这一特性同样适用于机械系统中复杂的热交换界面，通过定义膜系数和体相温度来模拟对流热传递。值得注意的是，膜系数并非常数，而是可能随温度变化，这在实际应用中更为常见。

1.3 Ansys Mechanical中非恒定膜系数的定义

Ansys Mechanical提供了高级功能，允许用户灵活地定义非恒定膜系数。这一功能允许模型精确模拟在不同温度环境下热对流的动态变化，提升了传热分析的精确度和深度。

2. 热辐射的建模


2.1 辐射机制及其应用

辐射热量的传递是另一个关键的传热途径，在特定设计中（如热发射器、反向器、板加热器、光管炉等），辐射起着至关重要的作用。Ansys Mechanical对辐射的处理包括确定有效发射率（发射系数）和视角因子，个性化场景的过程表征。这些参数的准确设置，直接影响到辐射应用中的热效应预测。

2.2 Ansys机械中表面间辐射建模

在Ansys Mechanical中，通过先设置表面属性，包括其发射率和视角因子，来计算表面间的辐射热传递。用户能够通过直观的视觉化工具预览温度分布和计算结果，进一步评价辐射散热对设计的影响。这一步骤对提升模型的热性能预测能力至关重要。

3. 结果链接与热应力分析


3.1 温度变化和热效应

温度的变化会在材料中引起热应变和热应力。Ansys Mechanical在完成传热分析后，能够自动生成热应力输出。这些结果不仅可用于评估材料的热力学稳定性，还能通过关联到结构分析模块，深入分析设计的共同响应。

3.2 温度映射提示的使用

为了确保温度变化能正确地反映在结构分析中的热载荷上，Ansys Mechanical提供了“温度映射”工具。用户根据应用需求和网格质量，精心选择映射参数，实现精确的温度分布与结构性能之间的联动。这一过程不仅提升了分析的综合性能，也为设计师提供了整个系统在不同热状态下的动态行为分析能力。