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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 施加边界条件
施加上表面温度 °
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 施加边界条件
施加下表面温度 °
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢ 运用
对圆柱体进行热分析的步骤如下：
（ ）按照圆柱体的实际几何尺寸 建立圆柱体的三维计算模型；
（ ）定义热分析的类型 即选择“稳态热传导”；
（ ）确定圆柱体的材料，设置模型的材料属性 并将三维计算模型进行网 格划分；
（ ）设定模型边界条件温度，然后进行分析计算；
（ ）对计算结果进行后处理 如得出整个计算模型或某个部件的温度分布 图以及热通量分布图等。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 温度场（ ）的分析结果
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
三维热传导问题温度场分布的数值分析
题目： 三维热传导问题温度场分布的数值分析 报告组别：第一组
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 方法简介 ➢ 具体内容 ➢ 应用实例 ➢ 影响条件
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢ 方法简介
分析解法：数学分析严谨，只有少数几何形状和边界 条件都比较简单的导热问题才能精确地分析求解
➢
【 】：扫掠划分，可以扫掠的实体划分后具有的是六面体单元，也可能包含楔形单元，其他
实体采用四面体单元划分，扫掠划分要求实体在某一方向上具有相同的拓扑结构。
➢
【
】：多重区域网格划分自动对几何体进行分解成映射区域和自由区域，可以自动判断区
域并生成纯六面体网格，对不满足条件的区域采用更好的非结构网格划分，多重区域网格划分和扫掠
➢ 影响条件
结构形状（几何尺寸）
结构材质（导热系数）
其他因素（边界条件）
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
网格划分相似，但更适合于用扫掠方法不能分解的几何体
➢
【
】：采用流体网格 划分实体
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢ 总体来说，对于空间物体而言，我们应当尽量使用六面体网格。
➢ 当对象是一个简单的规则体时，使用扫掠网格划分是合适的；
➢ 当对象是对个简单的规则体组成时，使用多域扫掠网格划分是合适的；
➢ 接着尽量使用六面体主导的方式，它会在外层形成六面体网格，而在心部填充四面体网格。
➢ 四面体网格是最后的选择。其中如果要忽略一些小细节，如倒角，小孔等，则使用
算法
➢ 如果要要考虑一些小细节，则使用
算法。
➢ 至于自动网格划分，是最傻瓜化的方式，一般对于初学者适用。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 施加上表面温度 ° （下表面 ° 同理）
➢ 通过
软件计算得到的计算模型温度分布图可
以看出
（ ）计算模型等温线致是围绕着圆柱体轴心三维对称分布的 轴线上的温 度分布大致为线性分布。
（ ）在圆柱体上表面 由于直接接触高温气体，致使工作温度接近于100℃ 。
（ ）圆柱体的温度分布是从上向下逐渐降低，且靠近上表面的温度最高， 但尚属于安全工作范围。
➢ 网格划分类型根据算法可以分为：协调分片算法【 】和独立分片算法【
】。
➢ 网格划分类型根据单元形状可以分为：四面体网格
【
】 ，六面体网格【
】 ，四
边形网格【
】 ，三角形网格【
】。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢
【
】：程序自动划分网格
➢
【
】：采用四面体单元划分。
➢
【
】 ： 主要采用六面体单元划分， 但是包含少量金字塔单元和四面体单元 。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 热流密度（ ）的分析结果
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢从
计算结果（如图所示）可以看出：
圆柱体的热流密度为常值
。
q grad t t n
n
由傅里叶定律可知，导热热流密度的大小与温度梯度的绝对值成正 比，其方向与温度梯度的方向相反。即当热流密度为常值时，温度变化 率也为常值，圆柱体内部温度场的分布为线性分布。
数值解法：运用计算机辅助工程技术 ，求解复杂传 热问题，应用范围广、解题速度快、精确度高
实验方法：费用高、时间长、不易重复
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ➢ 数值分析解法
有限单元法（
、
、）
有限差分法（
）
有限体积法（ ）
边界元法（ 、 语言、 ）
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢
软件是第一个通过
质量认证的大型分
析设计类软件，是美国机械工程师协会（ ） 、美国核
安全局（ ）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软
件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认
证并在国务院十七个部委推广使用。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢
稳态热分析
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 结构分析与热分析的类比
显而易见 当上表面接触100℃高温气体时，对圆柱体下表面进行冷 却的效果是极好的，阻止了高温的扩散。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢ 进一步拓展 改变哪一些条件，温度场将会随之改变？ 答：即单值性条件的 个方面：几何条件、物
理条件、时间条件、边界条件。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
图 计算模型三维结构示意图
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢ 解题步骤
选择稳态热分析系统。
确定材料参数：稳态传热问题，仅输入热传导系数。
【
】建立几何模型：考虑对称性，建立 圆柱体。
进入【
】分析程序。
网格划分：采用系统默认网格。
施加边界条件：圆柱体对称面无热量交换，为绝热边界，系统默认无需输入，圆柱体其它外表 面输入温度。
设置需要的结果：温度分布。
求解及结果显示。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 生成草图
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 建成模型
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 网格划分
网格离散的单元类型为六面体，网格划分的节点数为 ，单元 数为 。
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
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三维热传导问题温度场分布的数值分析 ➢ 热分析符号及单位
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三维热传导问题温度场分布的数值分析
➢
三维稳态热传导数值分析—圆柱体的稳态传
热
问题：圆柱体，直径为 ，长为 上方施加100 ℃的温度载荷 ，下端面温度为0 ℃ ，研究圆柱体内部温度场的分布。（假设 圆柱体和外界无热交换）。材料为钢，它的热传导系数为 30w/ m.℃（22℃时）。见图 。