一文搞懂Ansys Workbench非线性热分析

文摘   科学   2024-09-09 06:31   广东  
热分析是工程中经常遇到的分析类型之一,通常用来校验结构在热环境下的特性, 可以计算出结构内的温度场分布以及热梯度、热流密度等物理量,从而通过热控方法优化产品的温度适应性。

和其它分析类型一样,传热过程也存在大量的非线性,虽然有些可以简化为线性问题,但还是有很多非线性因素需要在考虑,如材料性能随温度变化边界条件随温度变化非线性单元辐射传热等。

前期文章系统总结了Ansys Workbench非线性不收敛解决办法,详细讲解了Ansys Workbench热辐射分析。本文将讲解Ansys Workbench非线性热分析,基本步骤与前述文章相同,只是需要考虑并设置以下环节。

材料属性

材料性能随着温度的变化而呈现出非线性的特征,这是常见的传热非线性问题。设置材料属性时,考虑热导率、比热、密度、热焓等随温度变化曲线。如设置热导率时,在右上方表格中输入各温度对应的数值。

2 边界条件

边界条件如果是随温度变化而变化,那也大多呈现非线性。设置边界条件时,考虑热流率、热流密度、对流换热系数、发射率等随温度变化曲线。根据实际工况,每种边界条件都有可能表现基于温度变化的非线性。

如设置热对流时,在下方参数面板中点击Film Coefficient后面的小三角,选择Tabular,设置Coefficient Type为对流表面Surface Temperature或环境温度Bulk Temperature等、Independent Variable为Temperature,输入环境中流体介质温度Ambient Temperature,然后在右下方表格中输入各温度对应的对流换热系数。
3 收敛控制

非线性因素既可以存在于稳态问题中,也可以存在于瞬态问题中。对于非线性较强的模型,默认的求解器设置可能会不收敛,需要调整载荷步长、时间步长、收敛准则和迭代次数等参数来保证计算的收敛。

点击Analysis Settings,展开下方参数设置面板中的Nonlinear Controls,设置Heat Convergence和TemperatureConvergence均为On,设置Value为0.1,Tolerance为10-4%。

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