热结果

热结果的某些命令与线性结果相同。以下是热分析所特有的命令。

计算的温度

(单位:度)这是当前显示的时间步(瞬态分析)或载荷工况(稳态分析)的结果温度。

初始温度

(单位:度)显示时间为 0 时的温度。该值不会随着时间步或载荷工况的变化而变化。对于稳态分析,该温度用于预测随温度变化材料的材料属性。

“初始温度”显示来自其他热模型的温度读数,默认节点温度或“初始温度”手动应用到 FEA 编辑器中的模型。“初始温度”不会显示外施载荷,例如控制温度或对流环境温度。

热通量

(单位:能量/长度^2/时间)如果激活,则显示内容取决于单元形心处的通量大小或指定的全局方向。形心处的热通量可使用傅立叶定律和节点温度计算得出。

通过面的热流率

(单位:能量/时间)如果激活,则显示内容取决于垂直于关联面的热流率。正值表示热通过该面流出单元;负值表示热通过该面流入单元。

提示: 对于承受表面载荷(对流、辐射等)的单元面,其通过面的热流率值受“单元定义”下的“热流计算”设置影响。有关详细信息,请参见“热分析” 单元类型和参数下相应的单元子页。

形心处计算得出的热通量 (hfcg) 值可用于计算通过面的热流率 (H),如下所示:

H =(垂直于面的 hfcg 分量)*(面的面积)。

如果单元倾斜,或者单元面与热通量矢量不平行或不垂直,这可能会产生一些明显的差异。例如,假设热通过一个绝缘面的梯形单元稳态传递(请参见图 1(a))。实际上,流入的热等于 (Hin) 等于流出的热 (Hout)。在 FEA 过程中,系统将计算得出形心处的热通量 (hfcg),然后推导得出通过面的热流量。如图 1(b) 中所示,这将得出一个近似值,因此两个热流率值略有不同。

(a) 在假想的模型中,无论是在入口面、形心 (cg),还是出口处,通过任何区域的热流率 (H) 均相同。 (b) 在 FEA 中,为形心计算得出的热通量 (hfcg) 用于计算通过面的热流率 (H)。如果 Ain 与 Aout 之和不等于 Acg,则流入的热不等于流出的热。

图 1:计算通过面的热流率

H = 热流率,A = 面积,hf = 热通量

此计算过程还会导致以下情况:通过面的热流率表明通过绝热墙的热量较少(请参见图 2);与图 1 类似,从一个部件边界流出的热不等于流入另一个部件的热(请参见图 3)。这些效应是由于热流率的计算近似值而导致的。

Hout = hf n * 面的面积

图 2:热通量投影的通过面的热流率

对于通过面的热流率,热通量矢量分解为平行 (hfp) 和垂直 (hfn) 于面的分量。较小的法向分量可能会违反绝热条件。如果壁面上的网格较小,则有助于尽量减少此类问题。或者,向绝热面添加一个小到可以忽略不计的对流载荷,并将“单元定义”对话框中的“热流计算”下拉菜单设置为“基于边界条件的线性”

(a) 双部件模型:部件 1(绿色)在外面,部件 4(蓝色)在里面。部件 1 中的内部单元形心直径为 D1。部件 4 中的外部单元形心直径为 D4。
(b) 两个模型单元的详细信息,为清楚起见,分别放大显示。热通量 hf4 和 hf1 通过温度分布计算得出。流出部件 4(蓝色)外部面的热流率与 H4 ~ hf4 * D 成比例。流入部件 1(绿色)内部面的热流率与 H1 ~ hf1 * D 成比例。由于直径 D 与用于计算热通量的形心直径 D1 和 D4 略有不同,因此,这两个热流率不会相同。
图 3:通过面的热流率示例

对于内部面,从一个单元流出的热量和流入相邻单元的热量应当大小相等,方向相反。因此,平滑值应为零。在这种情况下,若要查看热流量的大小,请禁用“结果等值线” “设置” “平滑结果”

若要合计通过一组面的热流量,请使用“查询结果” “查询” “当前结果”。选择面(“选择”“选择”“面”),然后将“摘要”下拉框更改为“总和”

提示:
  • 此外,您还可以选择表面来获取热流速结果,因此构建模型时,将面放置在唯一的表面上会比较方便。稍后,您可以在“结果”环境中选择此表面(“选择”“选择”“表面”),并使用“查询结果” “查询” “当前结果”合计这些值。
  • 如果待合计的面具有外施载荷(如对流或辐射),请考虑使用浏览器中的“过滤模块”简化面的选择。(请参见浏览器函数页面。)
  • 二维轴对称分析的“通过面的热流率”将得出旋转一周产生的总热流量(360 度 = 2*pi)。

对于块体单元,将显示外部面。若要查看内部面,您应使用“结果选项”“视图”“收缩单元”切换查看每个单元,然后使用“结果选项”“视图”“显示内部网格”显示内部面。

热流量精度

精度可用来亮显相邻单元之间结果的步长更改。在理想模型中,相邻单元之间的热通量将平滑变化。在使用单元离散模型的过程中,相邻单元之间的结果始终会呈现不同程度的变化。结果并非连续性。

在热分析中,精度取决于不同单元之间(跨单元边界)不连续的热通量大小。计算公式如下:

其中:

P i 是节点 i 处的精度,

max 是节点 i 处的最大热通量数值,通过查找相邻单元处最大值获得。

min 是节点 i 处的最小热通量数值,通过查找相邻单元处最小值获得。

MAX 是热通量数值的全局最大值。

根据上述公式,精度值的范围是 0 到 0.5(包括 0 和 0.5)。

如果模型部分隐藏,则精度计算取决于一组有限的节点和单元。属于单个单元的节点其精度为零。

液体分数

将瞬态热传递分析的任何部件设置为相变材料模型时,“液体分数”将出现在“结果等值线” “热流量” “相变”中。值为 1 表示节点是液体,值为 0 表示节点是固体,值介于 1 和 0 之间表示融化或冻结状态以及哪一质量分数是液体。如果节点所属的部件未设置为相变材料模型,则节点不会通过结果着色。