第三讲 温度场的有限元分析

由于对高速电机要进行流体场和温度场的分析

由于对高速电机要进行流体场和温度场的分析，所以对样机主要参数和尺寸作一简要说明,这里包括6槽，12槽，和24槽的样机尺寸。 （1）样机额定数据 额定功率：P N = 75 kW 额定电压：U N = 500 V 相数：m = 3 极数：2p = 2 额定效率：ηN = 90% 功率因数：cosφ = 0.95 额定转速：n N = 60000 r/min 额定频率：f N = pn N /60 = 60000/60 = 1000 Hz 额定相电流：I N = P N / (3U N) = 75000/(3×500) = 86.6A 冷却方式：空气冷却 （2）定子尺寸 气隙长度：δ = 1 mm 定子内径：D i1= 66 mm 铁心长选取：l t = 135 mm （3）定子槽型尺寸 定子冲片设计，如图2.3所示 上面描述了三台样机共同的基本数据，下面分别确定6、12、24槽高速电机定子的基本尺寸，表2.1中分别列出6槽、12槽、24槽电机的定子基本尺寸。其中前面的符号所代表的具体部位可从图中找出。其中N为每相串联匝数。 表2.1 不同槽数电机定子的基本尺寸 Table 2.1 Stator Design of Different Slots 6槽12槽24槽 b01(mm) 4 3 2 b11(mm) 14 6.8 3.4 h01(mm) 1 1 1 h11(mm) 2 2 2

基于FLUENT 的高速永磁电机流体场分析与风摩耗计算 2.5.1 CFD 简介 计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics ，简称CFD ）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD 的基本思想是把真实世界时间域和空间域上连续的物理量，用一系列离散的有限的点上的变量值得集合模拟，通过一定的原则和方式建立起关于 R 1(mm) 109 90 90 R 2(mm) 4 3 2 b t1(mm) 22.6 16.2 8.1 h j1(mm) 26 26 26 D i1(mm) 66 66 66 D i2(mm) 270 270 270 S i1(mm 2) - 198 99 S i2(mm 2) 2160 899 449 i2 S 图2.3定子槽尺寸图 Fig.2.3 Dimension of Stator Slot

大体积混凝土温度场分析

大体积混凝土温度场分析 聂凤玲 （甘肃建筑职业技术学院） 摘要：本文以某大厦筏基为背景，利用大型通用有限元软件ANSYS对其分层浇筑施工过程温度变化进行模拟，得到温度变化曲线；针对该实际工程提出了一些降低大体积混凝土内部温度的措施，在实际工程中取得了较好的效果 关键词：大体积混凝土、温度裂缝、措施 随着现代社会的高速发展，各种大型建筑的频繁建设不断涌现，如大型桥梁、大型水坝等，给人们的日常生活带来了许多方便，因此，这些大型建筑建设质量的优劣就显得相当重要。由于大型建筑的结构特殊，施工技术难度大，却较易引发许多影响使用安全的质量隐患，如施工裂缝、受力变形等，特别是大体积混凝土结构物，施工裂缝问题尤为突出。因此，解决大型建筑存在的施工问题成了质量控制的当务之急。下面，让我们一起来探讨大体积混凝土施工裂缝的质量控制。 何谓大体积混凝土？有关规范、学著均作了明确的规定，基本一致认为:结构物最小断面尺寸达到80cm 以上、由水化热所引起的混凝土内最高温度与外界环境气温之差超过25℃时的混凝土，均称为大体积混凝土。大体积混凝土较其他一般钢筋砼相比，有着以下特征：结构较为笨重厚实、施工技术要求高、混凝土量大等特点。由于其独特的施工特性，使其在建设和使用的过程中，均会出现不同程度的施工裂缝，严重地影响着工程质量的使用。那么，究竟这些施工裂缝是如何产生的？结合一些工程经验，根据裂缝产生的原因对大体积混凝土裂缝的类型作了如下归类：温差裂缝、收缩裂缝以及安定性裂缝。其中，温度裂缝是大体积混凝土结构物中较为普遍的一种，也是最为常见的一种裂缝。笔者以某大厦基础筏板为背景，利用ANSYS对其浇筑过程混凝土内部温度进行模拟计算，找出大体积混凝土浇筑过程中混凝土内部温度变化规律。 1.工程背景 某建筑物为综合性建筑，地上35层，地下2层，建筑面积约21000平方米左右，建筑总高度152.30m(室外地坪至机房顶平面)，主要使用功能为银行营业大厅及办公用房。本工程采用框剪－钢混结构，结构安全等级为二级，建筑设计基准期为100年。基础底板厚2600mm，混凝土强度为C50，抗渗等级为S10，筏基按照分层浇筑。 2.温度裂缝 温度裂缝其主要产生原因为混凝土在凝结初期即水化反应期间，水泥释放出大量的水化热，由于结构本身体积大，累积在内部的水化热不易散发，致使内部温度在一定的时间内不断上升，而结构表面的热量则散发较快，因而造成结构内外温差较大，在表面产生拉应力，当温差产生的拉应力大于混凝土的极限抗拉应力时，便会在结构表面出现

电动汽车驱动电机冷却结构设计及温度场分析

电动汽车驱动电机冷却结构设计及温度场分析 发表时间：2018-08-22T11:11:24.983Z 来源：《电力设备》2018年第14期作者：王健王云鹏李武[导读] 摘要：本文给出一种实际工程应用的电动汽车驱动电机并联型冷却水路结构，相对于传统螺旋形水套，降低流阻效果显著。然后利用热网络法，研究电机装配间隙及槽内浸漆程度对温度场的影响。接下来建立电机整机三维有限元模型，研究整个电机温度分布情况。最后通过实验对两种仿真方法进行验证。 (上海汽车集团股份有限公司技术中心上海 201804) 摘要：本文给出一种实际工程应用的电动汽车驱动电机并联型冷却水路结构，相对于传统螺旋形水套，降低流阻效果显著。然后利用热网络法，研究电机装配间隙及槽内浸漆程度对温度场的影响。接下来建立电机整机三维有限元模型，研究整个电机温度分布情况。最后通过实验对两种仿真方法进行验证。 关键词：永磁同步电机并联型水路 LPTN 有限元法 Cooling structure design and temperature field analysis of electric vehicle driving motor Wang Jian1 Wang Yunpeng1 Li Wu1 (1.SAIC Motor Technical Center，Shanghai，201804) Abstract: In this paper, a parallel cooling water circuit structure used in EV’s driving motor is presented. Compared with the traditional spiral water jacket, the effect of reducing flow resistance is remarkable. Then the thermal network method is used to study the influence of the motor assembly gap and the degree of paint dipping on the temperature field. Next, the three-dimensional finite element model is established to study the temperature distribution of the whole motor. Finally, two simulation methods are verified by experiments. Keywords: PMSM Parallel cooling water circuit LPTN Finite element method 0 引言 目前国际上新能源汽车发展如火如荼，电动汽车驱动电机研究越来越受到人们的普遍关注，永磁同步电机更是其中翘楚。越来越高的功率密度和转矩密度需求，使得永磁同步电机热场研究成为了电机设计和校验的重要一环[1]。本文结合实际工程，对一款电动汽车用永磁同步电机流体场和温度场进行耦合研究，并通过实验证明了工程研究方法的准确性，具体内容包括以下几个方面： 1）结合流体动力学理论，对比分析并联型水路相对于传统水路结构的优势； 2）研究热网络法计算电机温度场准确性的影响因素； 3）三维有限元法计算电机温度场准确性研究。 1 并联型水路 本节旨在研究并联型水路结构相对于传统水路结构（周向螺旋形）在车用电机上的优势，主要从水路流阻方面考虑。 1.1 流体动力学及热场数学模型 对于一般不可压缩粘性流体稳态问题，伯努利方程在解决实际工程问题中有及其重要的作用[2]，并且应用广泛，其方程为： 式(2)中：T为物体边界面温度；qv求解域内各热源总和；λr、λφ、λz分别为材料沿r、φ以及z方向的导热系数；S为流体与固体材料交界面；Tf为流体温度；α为表面散热系数。 1.2 仿真模型 传统机壳水冷常用周向螺旋型和轴向“Z”字型水路，轴向“Z”字型水路由于弯折角多，局部压降大，通常在实际工程中多采用的周向螺旋型水路。周向螺旋型水路进出水口分布在电机两侧，位置不方便进行调节，在目前电机-控制器-减速器集成的系统中，有一定的劣势。基于螺旋型水路，本文给出一种并联型水路结构，进出水口位置便于调节，并且降低水路的流阻。水路结构图如图1-1所示，分别为螺旋型水路和并联型水路。

配电室温度场与湿度场的建模与仿真分析

大数据专题Big Data Special Reports 2019年1月第22卷第1期Jan. 2019,Vol. 22,No. 1电力大数据POWER SYSTEMS AND BIG DATA 配电室温度场与湿度场的建模与仿真分析 范强I,吕黔苏「，邱继艳2,王旭彳，戴宇"，胡扌亚詰§ (1.贵州电网有限责任公司电力科学研究院，贵州贵阳550002； 2贵州电网有限责任公司都匀供电局，贵州都匀558000； 3.贵州创星电力科学研究院有限责任公司，贵州贵阳550002； 4贵州电网有限责任公司，贵州 贵阳550001 ； 5.广州穗华能源科技有限公司，广东广州510530) 摘 要:考虑到变电站配电室内配电设备对环境温度和湿度有较严苛要求，因此有必要研究配电室内温度和湿度分布 规律，有助于提高配电设备可靠性。按照与温度计算有关的能量传递方程和与湿度计算有关的气体扩散方程，由理论 计算公式分析可知直接计算涉及多变量的耦合,求解难度大，本文采用有限元分析软件ANSYS 对配电室的温度场和 湿度场进行仿真计算，首先根据实际的典型配电室建立仿真计算模型，并高精度划分有限元网格.其次根据现场运行 情况整定计算仿真需要的计算参数，利用仿真计算模型得到了室内温度场和湿度场的水平面分布情况。通过改变风 机流量，分析了风机流量变化对配电柜内部温度的影响效果，总结了配电室内温度场与湿度场的分布规律' 关键词：配电室；温度场；湿度场；有限元分析； 文章编号：2096 -4633(2019)01 -0049 -06 中图分类号:TM743 文献标志码：B 随着社会经济的快速发展,对电力需求日益增 长，变电站的运行是否正常直接关系到区域供电质 量的高低。同时，无人值守变电站及智能变电站建 设、投运数量的逐渐增多，对电气设备的运行可靠性 也提出了更高要求⑴。变电站内配电室、电容器室 等重要区域安装有众多电气设备，高压配电室内电 气设备的良好运行环境又直接为电力供电可靠性提 供保证。室内配电设备包括断路器、隔离开关、电流 互感器、电压互感器等，它们对温度与湿度这两个环 境参数的要求较高。最为重要的是温度，在运行中 这些设备自身会发出较大热量，而设备所在的开关 柜又是一个相对密封的空间，因此，开关柜内部的温 度较环境温度高许多，过高的温度会缩短电气设备 的使用寿命，严重时甚至会导致设备直接烧毁⑷。 其次是湿度,在室内相对湿度接近100%的情况下， 空气中的水分会析出，并在设备上形成凝露⑶。凝 露加上电气设备的积灰，改变了绝缘表面电场的分 布,常常导致绝缘表面发生放电,极大破坏了绝缘强 度⑷。综上所述，配电室内温度与湿度对于电气设 备影响巨大，因而其分布规律有待深入研究。随着以有限元为代表的数值仿真计算的发展， 国内外对于电气设备的温升计算越来越多地采用数 值计算方法⑸。ANSYS 是由美国著名软件公司开 发针对温度、电磁场等进行有限元分析的软件⑷。ANSYS 一般用于高压开关柜、变压 器"“°〕、电容电抗器"-13］等的温度场建模与分析 工作，以指导环境监测控制系统能进行有效的温度 监测与控制工作，但鲜见用于变电站配电室的研究 工作。文献［14］采用Solidworks 软件建立开关柜精 细3D 有限元模型，基于Icepak 软件进行温度场和 流体场的数值计算和分析。考虑空气对流散热和风 扇强迫风冷的因，实现了复杂模型温度分布的准确 求解。文献［15］先建立了 NXAIR 型开关柜电缆室 的温度场和空气流场模型,再利用Comsol 软件进行 了仿真求解，发现电缆接头处温度偏高，认为该处应 成为监测重点，最后根据仿真结果构建了一套专门 对开关柜电缆室进行监测的系统。本文将参考上述文献，以贵州某变电站的典型配 电室为研究对象,从仿真数学模型和仿真计算两个方 面对该配电室内温度场和湿度场作详细的研究。1配电室的温湿度数学模型1. 1配电室热源分析 配电室内温度除了受到环境温度、气流影响外， 还会受到室内发热体传热的影响。配电室内的热源一般是开关柜，室内电容电抗?48?

航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现

航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现 (2011-10-28 10:40:18) 转载▼ 标签： 杂谈 第三章航空发动机仿真方案航空发动机行业概况航空发动机研制中的典型CAE问题航空发动机结构力学计算需求及ANSYS实现航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现航空发动机电磁场计算需求及ANSYS实现航空发动机耦合场计算需求及ANSYS实现航空发动机关键零部件的设计分析流程简要说明 4航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现 航空燃气涡轮发动机内的流场很复杂，不仅动静流场同时存在，同时还伴有多相流、传热、燃烧等现象，即使从物理上进行很大的简化，模型最后仍然是三维、有粘、非定常的可压流动。航空发动机流场数值计算的发展经历了S2流面法、基于一元管道的流线曲率法、有限差分方法求解非正交曲线坐标系中的S1、S2流面基本方程、有限差分、有限体积和有限差分与流线曲率混合的方法对S1流面跨音速流场的计算，而现在由S1与S2流面相互迭代形成的准三元和全三元计算也发展起来了。现在的采用有限体积法求解NS方程全三维流场计算已经广泛采用，航空发动机的流场数值计算已趋于成熟，可以充分考虑旋转流动、转静干涉问题、多相流、燃烧、亚超跨音速等复杂现象。而且现在求解的规模也不断扩大，利用并行等成熟的CFD技术可以计算达几千万甚至上亿的计算网格。因此结果也更为真实有效。 ANSYSCFX凭借TASCFLOW在叶轮机旋转流动的传统优势，结合更为先进的网格处理技术和高效的求解器，更适合航空发动机流动的复杂性，求解问题的规模和计算精度大大提高，一直处于航空发动机流动模拟的最前沿。

ANSYS温度场例题分析

短圆柱体的热传导过程 问题：一短圆柱体，直径和高度均为1m，现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷，圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃，试求圆柱体内部的温度场分布（假设圆柱体不与外界发生热交换）。圆柱体材料的热传导系数为30W/(m·℃)。 求解： 第一步：建立工作文件名和工作标题 在ANSYS软件中建立相应的文件夹，并选择Thermal复选框。 第二部：定义单元类型 在单元类型（element type）中选择thermal solid和quad 4node 55，在单元类型选择数字（element type reference number）输入框中输入1，在单元类型选择框里选择Axisymmetric，其余默认即可。 第三步：定义材料性能参数 在材料性能参数对话框中输入圆柱体的导热系数30. 第四步：创建几何模型、划分网格 创建数据点，输入点坐标。在第一个输入框中输入关键点编号1，并输入第一个关键点坐标0、0、0，重复输入第二个、第三个、第四个关键点，相应的坐标分别为2（0.5,0,0）；3（0.5,1,0）；4（0,1,0）。结果如下图1所示：

在模型中创建直线，选择编号为1、2的关键点生成一条直线，在选取2、3生成一条直线，同样选择编号为3、4和编号为4、1的关键点生成另外两条直线。 结果如下图2所示： 之后在plot numbering controls对话框，分别打开KP Keypoint numbers、LINE line numbers、AREA Area numbers，建立直线L1、L2、L3、L4线段。生成几 何模型，如下图所示：

异步电动机温度场仿真分析

异步电动机温度场仿真分析

摘要 随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。而随着电力电子技术的不断发展，由异步电动机构成的电力拖动系统也将得到越来越广泛的应用。异步电动机与其它类型电机相比，之所以能得到广泛的应用是因为它具有结构简单、制造容易、运行可靠、效率较高、成本较低和坚固耐用等优点。电机是各个行业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，它是进行电能量和机械能量转换的主要器件。它在现代工业、现代农业、现代国防、交通运输、科学技术、信息传输和日常生活中都得到最广泛的应用。本文以异步电动机为研究对象，对电机内温度场进行耦合分析。根据传热学理论，首先建立了电机二维温度场的模型，其次建立了电机转子部分三维温度场的模型，给出了电机损耗及散热系数的计算方法。应用有限元软件ANSYS进行计算分析。最后分析了转差率变化对电机温度场分布的影响，以及有效的散热方法，得出了一些有益的结论。 关键词：温度场；异步电动机；有限元法；ANSYS

ABSTRACT With the electrification and automation of continuous improvement, asynchronous motor will occupy an increasingly important position.With the continuous development of power electronics technology, the electric drive system constituted by the induction motor will also be more widely used. Compared with other types of asynchronous motor motor, is able to be widely used because it has a simple structure, easy to manufacture, reliable operation, high efficiency, low cost and durability advantages.Motor is the basis of the production process and equipment industries commonly used in daily life, it is carried out major components of electric energy and mechanical energy conversion.It is in the modern industry,modern agriculture,modern defense,transportation,science and technology,information transmission and daily life have been the most widely used.In this paper, asynchronous motor for the study of the temperature field in the motor coupling analysis.Based on heat transfer theory,first established the two-dimensional temperature field model of the motor,followed by the establishment of a three-dimensional model of the rotor section temperature field, the calculation method of the motor and the heat loss coefficient.Finite element analysis software ANSYS calculation.Finally,analysis of the impact of changes in the slip of the motor temperature distribution,as well as effective cooling method, draw some useful conclusions. Keywords:temperature field;asynchronous motor;finite element method; ANSYS

发动机机体的温度场分析.

作者简介： 发动机机体的温度场分析 【摘要】利用CA TIA 建立发动机机体模型，将简化后的机体三维模型导入Hypermesh ，得到有限元模型。将机体的温度场作为稳定温度场处理，利用A VL-Boost 模拟出缸内气体的温度和换热系数，分段确定气缸壁的温度边界条件，根据已有经验公式求出缸体外壁、曲轴箱内壁以及机体与连接件间的温度边界条件，同时根据经验估算水套内的换热系数和温度，将这些温度边界条件施加到机体的表面上。最后，应用有限元软件MSC.MARC 对机体进行温度场分析，得到了机体的温度场分布。 【关键词】机体，换热系数，温度场，边界条件，有限元 Thermal Field Analysis of the Engine Cylinder Block Abstract: In order to obtain the thermal field of the cylinder block, a 3D model created in CATIA was simplified before put into Hypermesh to get the FEA model. Then the thermal and heat exchange condition were calculated through operation process modeling based on A VL-Boost. Taking the thermal distribution as steady one and dividing the thermal condition of cylinder wall into parts, the overall thermal boundary conditions, including the outboard cylinder wall, crankcase inner wall and the one between cylinder and linker were presented, according to the experimental formulas. Meanwhile, the exchange coefficient and temperature distribution were given aiming at adding them to the surface of cylinder block. In the end, the total thermal distribution of cylinder block was finished by means of applying the MSC.MARC to analyze the thermal field. Key words: Cylinder Block, Heat Exchange Coefficient, Thermal Field, Boundary Condition, FEA 1 引言 近年来，随着计算机技术的迅速发展，特别是有限元方法和分析软件的日益成熟，在发动机研制开发工作中对零件进行有限元分析己成为辅助设计的重要手段。发动机内，燃料的燃烧使发动机燃烧室周围的零部件都受到加热，使其工作温度升高。承受高温负荷的这些零件，有可能产生蠕变、热疲劳等热故障，妨碍发动机长期可靠的工作，或者成为进一步提高发动机性能指标的障碍。特别是对那些强化度高的发动机来说，热负荷、热强度问题，已经成为能否研制成功或能否正常可靠运行的关键问题之一。零部件的热强度，取决于它所承受的热负荷的高低及承受这种热负荷的能力。前者主要取决于该零部件的温度水平及温度分布；后者则主要与零部件所选用的材料特性有关。温度水平相对于温度分布可以认为是客观不可变因素，因此对受热零部件进行温度场研究具有实际意义。本文用有限元软件MSC.MARC 模拟机体的温度场分布，对改进机体设计、提高内燃机的性能与可靠性具有重要的意义。 2 有限元模型的建立 本文的分析对象机体源于某汽油机。该机为一款直列四缸四冲程汽油机，排量为0.997L ，气缸直径69mm ，活塞行程66.5mm ，压缩比10:1，发火顺序为1-3-4-2，发火间隔角为?=?1804720，最大功率52kW ，最大功率时的转速6000rpm 。本文在6000rpm 的工况下进行分析。 首先建立机体的三维实体模型。采用大型CAD 软件CA TIA 来建立完整的机体模型。建好的机体三维实体模型如图1所示。

温度场和流场的模拟

天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education 毕业论文 专业：材料成型及控制工程 班级学号：材料0912 - 09 学生姓名：蔡言锋 指导教师：高莹讲师 二〇一四年六月

天津职业技术师范大学本科生毕业设计 TIG焊电弧温度场和流场的模拟Analog TIG welding arc temperature field and flow field 专业班级：材料成型及控制工程--材料0912 学生姓名：蔡言锋 指导教师：高莹讲师 学院：机械工程学院 2014 年6 月

摘要 钨极氩弧焊（TIG焊）是近代工业生产中应用比较广泛的一种焊接方法，这种焊接方法具有热影响区小、焊缝美观、易于控制等众多优点。所以对TIG焊焊接技术进行数值模拟，能够更好的了解和控制整个焊接的过程，所模拟TIG焊电弧的温度场和流场具有重要的意义。 数值模拟技术应用广泛，本文就是采用有限元分析软件FLUENT，创建了符合实际的TIG焊自然燃烧电弧的有限元模型。根据流体力学质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，选取合理的边界条件，得到了TIG焊电弧的温度场流场分布的变化规律图。通过FLUENT的后处理结果能够对TIG焊电弧内部的一些温度场、流场等情况进行形象的表述。 基于自然燃烧的TIG焊接电弧的数值分析，有助于进一步理解焊接过程的物理实质，合理地选择焊接工艺和工艺参数，并为冶金分析提供进一步的理论依据。为今后的理论研究和工业生产奠定基础。 关键词：TIG 焊；FLUENT 软件；数值模拟；电弧

Abstract GTAW (TIG welding ) is a modern industrial production, used widely as a welding method, this method has a small weld heat-affected zone , weld appearance, easy to control , and many other advantages. So for TIG welding techniques to simulate , to better understand and control the entire welding process , the simulated temperature and flow field TIG welding arc is of great significance . Numerical simulation of a wide range of technical applications, this paper is the use of finite element analysis software FLUENT, TIG welding creates realistic finite element model of the natural burning arc . According to hydrodynamic mass, momentum and energy conservation equations , selecting appropriate boundary conditions and the variations of temperature field in Figure TIG welding arc flow field distribution . Able for some temperature and flow fields, etc. TIG welding arc carried the image of the interior of expression through post-processing of results of FLUENT . Numerical TIG welding arc burning natural -based analysis helps to further understand the physical substance of the welding process , a reasonable choice of welding processes and process parameters, and provides a theoretical basis for further metallurgical analysis. Lay the foundation for future theoretical research and industrial production. Key Words：TIG welding; FLUENT software; numerical simulation; arc

温度场分析理论总结

传热学基本理论： 传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学，遵循热力学三大定律，热力学第一定律是在一个热力学系统内，能量可转换，即可从一种形式转变成另一种形式，但不能自行产生，也不能毁灭；热力学第二定律是凡是温差存在的地方就有热能自发地从高温物体向低温物体传递；热力学第三定律是一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但理想气体如果是等温可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是等温可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。 在绝对零度，任何完美晶体的熵为零。 热能传递有三种基本方式，分别是热传导、热对流和热辐射。兹分别简述如下： 热传导： 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自有电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导，简称导热。通过对实际导热问题的经验提炼，导热现象的规律遵循傅里叶定律。根据傅里叶定律，单位时间内通过物体截面的导热热量与当地的温度变化率及截面面积成正比，即 dt A dx λψ=- 式中，λ是比例系数，称为导热率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。由上式可知当 0dt dx <时，0ψ>，热量沿着x 轴增大的方向传递；当0dt dx >时，0ψ<，热量沿着x 轴减小的方向传递。 热传导的微分方程： 热传导微分方程是基于傅里叶定律和传热学守恒定律得到的，兹将传热学微分方程作如

下详细描述。

导体内任一微元平行六面体及其坐标如图所示，根据傅里叶定律， 导入x x =、y y =、 z z =微元平面的热量分别是： ()x x x t A dydz x λ??? ψ=- ???? ()y y y t A dzdx x λ??? ψ=- ???? ()z z z t A dxdy x λ??? ψ=- ???? 导出x x dx =+、y y dy =+、z z dz =+微元平面的热量亦可根据傅里叶定律写出如下： ()()()()x x x dx x x x x x x t dx A dydz dx x x x λ+?ψ?????? ψ=ψ+=ψ+ - ?????????? ()() ()()y y y dy y y y y y y t dy A dzdx dy y y y λ+?ψ? ?????ψ=ψ+ =ψ+-?? ?????????? ()()()()z z z dz z z z z z z t dz A dxdy dz z z z λ+?ψ?????? ψ=ψ+ =ψ+ - ?????????? 对于微元体，按照能量守恒定律，在任一时间间隔内有以下热平衡关系： 导入微元体的总热流量+微元体内热源生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能增量 其他两项的表达式为 微元体热力学能增量=t c dxdydz ρτ ?? 微元体内热源生成热=dxdydz ψ 由以上公式得： t t t t c x x y y z z ρλλλτ????????????? =+++ψ ? ? ???????????? ?? 热辐射： 物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射。物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 物体的辐射能力与温度有关，同一温度条件下不同物体的辐射和吸收本领不同。假想一理想物体黑体，它能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量。 黑体在单位时间内发出的热辐射热量由斯忒藩—玻耳兹曼定律揭示： 4 A T σψ=

温度场分析

1温度场分析的意义 2离合器温度场分析的前提条件 进行膜片弹簧离合器温度场分析时要考虑到很多因素的影响，在这些因素 中有些是主要的因素，有些是次要的因素。根据目前的研究条件和国内外对此研究的进展状况，针对本研究主要进行如下方面的假设啪儿驯。 (1)在离合器接合过程中，压盘摩擦片间不断地流入和流出，因此其温度在 不断的变化，则摩擦片压盘的材料热性能参数要受到温度的影响。由于实验仪器的限制，不能够测量这些参数的变化，故在这里假设压盘和摩擦片的材料热性能参数不随温度变化。 (2)任何有温度的物体都要向外辐射能量，离合器也不例外。由于离合器接 合分离的时间很短，且压盘和摩擦片的温度不是很高，考虑到辐射计算的复杂性，暂不考虑离合器的辐射散热。 (3)实际工作中，离合器由于温度过高，或者散热不好，材料的物理化学性 质就会发生变化，比如塑性变形、析氢等现象。这些现象在温度场求解中是很难实现的，因此在该分析中将此现象忽略掉。 (4)摩擦热的产生，总是会有各种现象可能会带走部分的摩擦热，如磨损会 带走摩擦热。为了分析问题方便，认为摩擦热流完全被压盘和摩擦片吸收。(5)根据产生热量来源的滑摩功计算公式可判断出压盘摩擦片的温度场是 沿径向和轴向变化的二维温度场。 3用Pro/E软件建立离合器压盘模型 通过Pro/E软件对离合器压盘进行全面的三维建模，见图4-1。Pro/E建模主要通过线框的拉伸和剪切。所建立压盘三维模型数据如下：压盘外径为180mm，内径为120mm，材料为灰铸铁HT200铸成。 4有限元温度场分析前提条件 （1）结构离散化 结构离散化就是将结构分成有限个小的单元，单元与单元、单元与边界之间通过节点连接。结构的离散化是有限元法分析多的第一步，关系到计算精度与计算效率，是有限元法的基础步骤，包含以下的内容： 1）单元类型选择。离散化首先要选定单元类型，这个包括单元形状、单元节点与节点自由度等三个方面的内容。 2）单元划分。划分单元时应注意一下几点：①网格划分越细，节点越多，计算结果越精确。网格加密到一定程度后计算精度的提高就不明显，对应力应变变化平缓的区域不必要细分网格。②单元形态应该尽可能接近相应的正多边形或者正多面体，如三角形单元三边应尽量接近，且不出现钝角；矩阵单元长度不宜

Ansys有限元分析温度场模拟指导书

实验名称：温度场有限元分析 一、实验目的 1. 掌握Ansys分析温度场方法 2. 掌握温度场几何模型 二、问题描述 井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。 表1 井式炉炉壁材料的各项参数 三、分析过程 1. 启动ANSYS，定义标题。单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine” 2.定义单位制。在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键

3. 定义二维热单元。单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE55 4.定义材料参数。单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单

5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。 6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。 7.建立模型。单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。

基于Fluent的高炉风口流场和温度场的模拟

——计算机应用技术——特种铸造及有色合金２００９年第２９卷第４期 基于Ｆｌｕｅｎｔ的高炉风口流场和温度场的模拟 摘要针对高炉风Ｉ＝Ｉ破坏的主要因素，采用计算流体力学方法来模拟高炉风Ｉ＝ｉ的流场和温度场，探讨进口水压和风口材质纯度杂质对风Ｉ＝ｌ表面温度分布的影响。模拟结果表明．当进口水压低于０．４ＭＰａ时，水压的提高能显著地降低风口表面的最高温度ｌ当进口水压超过０．４ＭＰａ时，随着进口水压的提高，风口表面的最高温度的下降趋于平缓，此时提高风口材质的纯度可以明显降低其最高温度。 关键词高炉风口；温度场；流场，进口水压 中图分类号ＴＧ２４９．７ｔ０２４２文献标志码Ａ文章编号１００１—２２４９（２００９）０４一０３２４一０３ Ｄ０ｌ：１０．３８７０／ｔｚｚｚ．２００９．０４．０１１ 高炉风口是高炉炼铁送风所必须的重要部件，承受 着高速煤粉的磨蚀、高温炉气的冲刷和炉料的撞击，极 易损坏［１￣３】。风口前端的熔蚀是风口失效的主要原因 之一［‘’５］，其寿命长短直接影响到高炉能否顺利运行、 获得高产及降低炼铁成本。因风口的破坏造成的经济 损失是很大的［６］，在正常休风的情况下更换一只风口需 要２０ｒａｉｎ，此外还有减风、复风操作时间，如果风口周 围有凝铁或大量铁水，则需要更长时间进行处理。本课 题对高炉风口进行了流场和温度场的数值模拟，以了解 风口表面温度分布规律及进口水压和杂质等因素对高 炉风口表面温度分布的影响。 １风口模型的建立 图１是风口结构示意图，图２是风口的立体模型。 用Ｔｇｒｉｄ程序对风口模型划分网格，采用Ｔｅｔ／Ｈｙ－ｂｒｉｄ网格类型，风口划分网格后图像见图３，内部尺寸为４ｍｍ，划分后网格总数是１３８６６５７（其中流体划分网格数是４２３６８６，固体划分网格数是９６２９７１）。 对于模型方程的求解采用连续性方程，动量方程，能量守恒方程以及标准惫一￡运输方程［７］。 田１风口结构 圉２．风口的立体模型（割面） １．本冷一Ｉ膛Ｌ６２．风口内侧面Ｌ１３．风口首壕Ｌ２４．风口首壕外侧面Ｌ３５．风口后端外侧面Ｌ４６．出书口７．风口后壕面Ｕ８．进水口 收稿日期：２００８—０７－３１Ｉ修改稿收到日期：２００８一１０—３１ 基金项目：辽宁省科技基金资助项目（２００３２００３） 第一作者筒介：樊勇保．男，１９８２年出生，硕士研究生，沈阳大学机械工程学院?沈阳（１１００４４）－电话１１３２５２７１５１２８．Ｅ－－ｍａｉｌ．，ｆｙｏｕｙｏｎｇ＠１２６．ｃｏｉｎ 温和散热的作用，在保护不锈钢模具的同时，也使得提高浇注温度成为可能，并使铸件品质得到大幅度提高。 参考文献 ［１］饶荣水．热臂技术研究进展及其在冶金工业中的应用［Ｊ］．工业加热．２００１（３），１．４． ［２］庄骏．张红．热管技术及其工程应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０００． ｒ３］陈蔚岗?张国一．模具的加热、保温与冷却口］．纤维复合材料，２００２（１）１１８．２０． ３２４［４］姜锡朋，姜持．热管技术及其在铸造生产中的应用［Ｊ］．中国铸造装备与技术．２００３（６）１３７?３９． ［５］胨健美?张新明，邓运来．等．热管技术及其在轻合金铸造中的应用［Ｊ］．特种铸造及有色合金．２００５．２５（７）。４１６－４１８． ［６３张朝晖．ＡＮＳＹＳ热分析教程与实倒解析［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００７． ［７］赵蔚琳，刘宗明，李树人．高沮热管的研究与发展［Ｊ］．石油化Ｔｉｌｔ备，２００５（４）．１４０＿４４． 【编辑：张正贺） 万方数据

电磁场有限元分析

水轮发电机单通风沟三维简化模型温升计算 一、问题分析 近年来，随着水轮发电机单机容量的不断增加，在发电机进行能量转换过程中产生的损耗不断增大，使其运行的温升问题日趋严峻。根据上述情况，运用有限元分析方法，建立发电机单通风沟三维简化模型进行发电机温升计算。 二、电机单通风沟有限元分析 1.1 水轮发电机单通风沟三维简化模型建立 根据实际水轮发电机结构和通风沟特点，并考虑可接受误差，进行适当简化，以便于简化有限元分析计算得到以下模型，如图1所示。 图1 发电机单通风沟简化物理模型 由图1所示：水轮发电机单风沟简化物理模型三维求解域在轴向上包含发电机一个通风沟以及通风沟两侧各半个轴向铁心段；幅向上包含发电机定子三个槽、转子两个槽。 根据有限元分析特点，对发电机单通风沟简化物理模型进行网格剖分，得到发电机单通风沟简化物理模型剖分图如图2所示。

图2 电机单通风沟简化物理模型网格剖分 由于物理模型较小，可以适当加密剖分进而提高计算精度，故采用楔形和六面体的混合网格进行剖分，总网格数共48万，节点数为30万。利用有限体积法，将流体场和温度场进行强耦合求解，从而 得到发电机的详细温升分布情况。 1.2 边界条件 在图1中，求解域内的面 S为径向通风沟的进风口，沿径向与面 1 S对应的面2S为径向通风沟的出风口。由此，根据所研究发电机的实1 际运行工况，可以给定如下发电机单风沟物理模型的边界条件：1）冷却空气的初始基值绝对温度为0K； 2）径向通风沟入口 S风速为5.1m/s的速度入口边界，通风沟出 1 口 S为自由流动边界； 2 3）求解域其它外边界均为绝热面，发电机内部流体与固体的接 触面均为无滑移边界面。