Глава 1. Введение в тепловой анализ
1.1. Содержание руководства
-
Руководство предназначено для обучения пользователей выполнению теплового анализа с помощью программы ANSYS.
-
Рассмотрены основные шаги анализа.
-
Предполагается, что Вы уже использовали программу ANSYS прежде и знакомы с терминологией.
Основные понятия, касающиеся программы ANSYS, даны в пособии Введение в семинары по программе ANSYS . Предполагается, что Вы уже касались этих вопросов или имеете соответствующий опыт использования программы ANSYS.
1.1.1. Содержание разделов руководства
-
В Главе 2 приведены основные понятия теплопередачи и краткий обзор возможностей программы ANSYS. В какой-то мере это будет новым материалом для тех, кто не имел дело с теплопередачей ранее.
-
Полная процедура теплового анализа рассмотрена в Главе 3. Простой тепловой анализ (определение “разогрева”) будет продемонстрирован от начала до конца в качестве примера.
-
Команды и понятия, необходимые для проведения теплового анализа с помощью программы ANSYS, приведены в Главах 4-6. На примере стационарного процесса (линейного и нелинейного) рассмотрены три этапа анализа.
-
Большинство тепловых процессов в своей основе являются переходными (или нестационарными), т. е. зависящими от времени. Переходный тепловой анализ рассмотрен в Главе 7.
-
Для моделирования теплопередачи излучением при тепловом анализе с помощью программы ANSYS используются три различных способа. Они приведены в Главе 8.
-
Наконец, особый случай переходного нелинейного анализа при наличии фазового перехода рассматривается в Главе 9.
1.1.2. Другие источники информации
-
Обучающая программа по тепловому анализу (DN - T031:50) дает прекрасный обзор возможностей программы ANSYS, используемых при проведении теплового расчета, и содержит несколько решенных примеров. Кроме рассмотренных здесь тем, программа включает:
-
анализ тепловых нагрузок;
-
анализ различных связанных полей;
-
анализ явлений-аналогов.
-
Общие процедуры теплового анализа описаны в Главе 4 руководства “Процедуры” (Руководство пользователя ANSYS, том 1).
-
В данном руководстве представлены лишь некоторые детали метода конечных элементов. Более подробные сведения можно найти в руководстве “Теория” (Руководство пользователя ANSYS, том 4).
Дифференциальное уравнение, описывающее процесс теплопроводности, имеет аналогичный вид для многих других явлений, таких как кручение стержня, электростатика, поведение мембран под давлением, фильтрация через пористые среды и т.д. Следовательно, Вы можете использовать стационарный тепловой анализ как математическую аналогию таких явлений. Именно это и названо выше анализом явлений-аналогов.
1.2. Почему нужно учитывать процессы теплопередачи
-
Теплопередача - это процесс переноса теплоты вследствие наличия градиента температур. (Температуру можно представлять как меру “нагретости” или “охлажденности” объекта.)
-
Всякий раз, когда в среде или между средами существует разность температур, должен происходить теплообмен.
-
Мы изучаем явление теплопередачи, чтобы предсказать скорость, с которой тепловая энергия (теплота) перемещается в пределах объекта или от одного объекта к другому, и следовательно, определить распределение температуры внутри одного или нескольких объектов в любой момент времени.
1.2.1. Почему это важно?
-
Температуры важно знать при проектировании конструкций и сооружений, так как это дает возможность вычислить деформации и напряжения при тепловых нагрузках.
-
Скорости потоков тепла важно знать при тепловом расчете, так как это помогает найти размеры таких устройств, как теплообменники.
-
Все процессы, связанные с производством и преобразованием энергии, требуют анализа теплопередачи; к таким процессам можно отнести:
-
сжигание твердых топлив;
-
ядерные реакции деления и синтеза.
-
От параметров теплопередачи прямо зависят эффективность и надежность таких технических устройств, как:
-
двигатели внутреннего сгорания;
-
турбины и компрессоры;
-
ракетные двигатели.
-
Конструкция и работа устройств или систем в значительной степени зависят от ожидаемых эксплуатационных температур. Примерами могут быть:
-
самолеты, космические корабли;
-
нагреватели и системы кондиционирования воздуха;
-
котлы, теплообменные аппараты;
-
трубопроводы;
-
компоненты электронных схем.