稳态热传递

乘子

有四种乘子可在其应用到模型时控制不同热载荷的数值。它们位于“分析参数”对话框的“乘子”选项卡中。

“边界温度乘子”字段以外,上述任一字段中的零值均会在模型中禁用该类型的载荷。“边界温度乘子”字段中的 0 值会将指定温度的数值更改为 0 度。

默认节点温度

“默认节点温度”字段(位于“分析参数”字段的“选项”选项卡下)中的值将用于对所有未定义温度的节点定义温度。如果模型中存在温度相关材料模型或辐射,则应使用此值。

导入静电结果焦耳热

对于您当前正在分析的模型,如果以前已对具有相同几何体和网格的模型运行静电电流和电压分析,则可将静电结果应用到此模型,从而确定电流的温度效应。此过程必须遵循以下准则。

“求解器”选项

“求解”选项部分

“分析参数”对话框的“求解”选项卡的“求解器类型”下拉框中,您可选择热分析的求解器类型。另请参见可用的求解器类型,了解背景信息。可用的选项如下所示:

  • “自动”:如果选择此选项,则处理器将根据模型尺寸在“迭代(AMG)”“稀疏”选项之间选择。稀疏求解器是中等模型的最佳求解器。迭代求解器是大型模型的最佳求解器,仅需较少的 RAM。如果系统中提供 64 位处理器,则迭代和 BCSLIB-EXT 求解器将充分利用该处理器。
  • “稀疏”:使用“稀疏求解器类型”下拉框中提供的稀疏求解器之一。稀疏求解器将使用多个线程/内核(如可用)。
  • “迭代(AMG)”:使用迭代方案对方程组求解。迭代求解器将使用多个线程/内核(如可用)。
  • “迭代(PBiCGStab)”:此选项可用于包含体对体辐射或流体对流的模型。“预处理器”下拉框中有两种用于求解器的预处理器(请参见下文说明)。

如果出于某些原因,您需要在不执行分析的情况下创建求解矩阵,请激活“刚度计算后停止”复选框。此选项仅在访问方程编号矩阵时有用。系统在运行分析时始终计算刚度矩阵,因此正常情况下使用此选项没有益处。

对于稀疏和迭代求解器,“内存分配百分比”字段可控制有多少 RAM 可用于读取单元数据并装配矩阵。建议使用较小的值。(如果值小于或等于 100%,则使用可用的物理内存。如果此输入的值大于 100%,则内存分配将使用可用的物理内存和虚拟内存。)

如上所示,某些求解器可利用计算机上的多个线程/内核。在这些情况下,将启用“线程/内核数”下拉菜单控件。您需要使用所有可用的线程/内核来确保以最快速度求解。但是,如果您需要在分析的同时利用某些计算能力运行其他应用程序,则可能会选择使用较少的线程/内核。

迭代求解器的“常规”选项部分

如果选择“迭代求解器”,则系统将启用“迭代求解器”部分。此部分的输入如下:

  • “收敛容差”字段将确定如何精确地对方程矩阵进行求解。容差越小,解越精确。
  • “最大迭代次数”将在此迭代次数内未解出方程矩阵时停止分析。
    注意: 解的精确度取决于收敛容差;容差越小,解越精确,但所需的迭代次数也有可能越多。与所有迭代求解一样,您应检查结果,确认达到所需的精确度。在某些情况下,使用不同的收敛容差执行两次分析,这是确认精确度的最佳方式。

“PBiCGStab”选项部分

如果选择“迭代(PBiCGStab)求解器”,则将启用以下输入:

  • “预处理器”下拉菜单用于在选择“PBiCGStab 求解器”的情况下为矩阵求解选择初始猜测所使用的方法。“ILU (0)”选项是一种速度更快、更高效的选项。但是,“SSOR”选项所需的内存更少。对于大型模型,可能需要使用“SSOR”选项。
  • “打印输出间隔”可以控制“迭代 PBiCGStab 求解器”状态的输出频率。此信息有助于监视收敛历史。例如,如果值为 10,则求解器的每十个迭代便会输出一次收敛状态。如果间隔为 0,则不会输出任何状态信息。

“稀疏求解器”部分

如果选择“稀疏求解器”,则系统将启用“稀疏求解器”部分。此部分的输入如下:

  • “稀疏求解器类型”下拉框包含当前可用的稀疏求解器。(稀疏求解器仅适用于 Windows 操作系统。)可用的稀疏求解器如下:
    • “默认”:使用 BCSLIB-EXT 求解器。
    • “BCSLIB-EXT”:使用 Boeing 求解器。BCSLIB-EXT 求解器可将临时文件写入环境变量 USERPROFILE 指定的文件夹中。默认情况下,此变量将设置为文件夹 C:\Documents and Settings\Username。其中,C: 是操作系统安装所在的驱动器。如果 BCSLIB-EXT 求解器返回错误编号 -701 或 -804,则意味着硬盘空间因存储临时文件而耗尽。如果出现这种情况,请将 USERPROFILE 变量更改为另一可提供足够硬盘空间的目录。(有关更改环境变量的信息,请参见 Windows 帮助和支持文档。)
  • “求解器内存分配”字段将为 BCSLIB-EXT 求解器设置稀疏矩阵求解过程中要使用的内存量。通常,如果分配更多的内存,则会加快分析速度。其他稀疏求解器将自动调整内存设置,因此无需进行设置。

控制文本输出文件中的数据

分析完成后,分析结果可输出到文本文件。使用“分析参数”对话框的“输出”选项卡,您可控制输出到此文件的数据。

控制非线性迭代

如果模型包含辐射载荷或温度相关属性(对流和材料等),则求解将涉及非线性迭代过程,以确定适当的温度。您可使用“分析参数”对话框的“高级”选项卡控制此过程。

如果模型中存在上述提及的任一条件,请激活“执行”复选框。通过使用“最大迭代次数”字段,您可控制处理器的求解迭代次数。完成指定次数的迭代后,解将用作分析的结果。在某些情况下,在达到最大迭代次数之前就会收敛出适当的解。

若要停止迭代过程,要决定五个选项。这些选项可从“条件”下拉框中选择。如果选择“进行所有 N 次迭代”选项,则执行“最大迭代次数”字段中指定的所有迭代。如果选择“在修正范数小于 E1 时停止(工况 1)”选项,则修正范数小于“修正容差”字段中的值时将停止迭代。如果选择“在相对范数小于 E2 时停止(工况 2)”选项,则相对范数小于“相对容差”字段中的值时将停止迭代。如果选择“在工况 1 或工况 2 时停止”选项,则修正范数小于“修正容差”字段中的值或相对范数小于“相对容差”字段中的值时将停止迭代。如果选择“在工况 1 和工况 2 时停止”选项,则修正范数小于“修正容差”字段中的值且相对范数小于“相对容差”字段中的值时将停止迭代。

要计算两个或四个值来确定收敛的质量。第一个值是修正范数。修正范数计算方法如下:

其中,numnp 是模型中的节点总数,T old 是上一次迭代中的温度,T new 是当前迭代中的温度。此范数与不同迭代之间的温度差异相关;因此,其名为“修正范数”。

第二个收敛值为“相对范数”。计算方法为:

此范数与迭代之间的温度相对变化类似;因此其名为“相对范数”。“修正容差”字段可用于定义修正范数的最大值。“相对容差”字段可用于定义相对范数的最大值。

提示: 对于第一次迭代,值 T old 取决于指定的节点温度(即:在“分析参数: 选项”选项卡中输入的默认节点温度;或向模型添加的单个节点温度)。因此,如果您提供合理的初始猜测来启动迭代过程,则可减少实现收敛所需的迭代次数。

当分析包括体对体辐射时,收敛也基于热通量(第三和第四个收敛值)。取决于热通量的修正范围和相对范数的方程与上述相同(温度替换为热通量)。

迭代后节点温度 T new 可能高于或低于最终的收敛值。因此,您可能不希望将此值用作下一次迭代的输入。“松弛参数”字段中的数值可用于将振动降至最低。松弛参数的用法如下:

T cur = T old +(松弛参数)* (T new - T old )

在图形格式中,不同结果之间的关系如图 1 T cur 所示,因此松弛参数的效应是输出到结果文件的值。

图 1:松弛参数的图释

如果松弛参数介于 0.8 到 1,则将在非线性效应较小时提供出色的收敛。如果存在较大的非线性效应(如高温辐射),则松弛参数可能需要介于阶次 0.1 到 0.3 之间,以使振动平滑。您可在日志文件中检查收敛历史。