热分析

热设计的基本理论

热量传递的动力是温差的存在，热量总是从高温区传向低温区，且高温区发出的热量必定等于低温区吸收的热量。热量的传递过程可分为稳定过程和不稳定过程两类：凡是物体中各点温度不随时间而变化的热传递过程称为稳定热传递过程；反之则称为不稳定过程。

热量的传递有三种基本方式：传导、对流换热和辐射换热。它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。但是对于不同的散热系统，一般只有一种或几种散热方式起主导作用，其它方式可以忽略。我们在对系统分析时，应根据系统的实际情况进行合理的选取：

（1）对于自然冷却系统，一般需要同时考虑以上三种传热方式；

（2）对于强迫对流冷却系统，只需考虑导热和对流；

（3）对于室外设备，必须考虑日光辐射因素。

热传导：通过分子间动能传递进行能量交换的现象

Q = K A△t / L

Q---- 传导散热量（W）

K---- 导热系数（W/m·℃）

A---- 导体横截面积（m2）

△t---- 传热路径两端温差（℃）

L---- 传热路径长度（m）

纯铜400（W/m·℃）

纯铝236（W/m·℃）

水0.6（W/m·℃）

空气0.025（W/m·℃）

固体的导热系数大于液体，液体的大于气体

对流：流体流过固体壁面时的一种能量交换现象

Q = h A△t

Q---- 对流散热量（W）

h ---- 换热系数（W/m2·℃）

A---- 有效换热面积（m2）

△t---- 换热表面与流体温差（℃）

自然对流时换热系数在1～10（W/m2·℃）区间

实际应用时一般不会超过3～5（W/m2·℃）

强制对流时换热系数在10～100（W/m2·℃）区间

实际应用时一般不会超过30（W/m2·℃）

热辐射：是通过电磁波传递热量的过程

Q = ε ·σ · T4

Q---- 辐射散热量（W）

ε---- 散热表面辐射率（W/m2·℃）

σ---- 斯蒂芬-玻尔兹曼常数【5.67×10-8（W/m2K4）】

T---- 绝对温度（K）

磨光的铝表面的辐射率为0.04

氧化的铝表面的辐射率为0.3

油漆表面的辐射率达到0.8

雪的辐射率为0.8

2 热设计的基本知识

2.1某些基本概念

(1) 温升

指产品内部空气温度或结构、零部件、元器件温度与环境温度的差。

(2) 热耗

指电子元器件或设备正常运行时产生的热量。热耗不等同于功耗，功耗指器件或设备的输入功率。一般电子元器件的效率比较低，大部分功率都转化为热量。计算元器件温升时，应根据其功耗和效率计算热耗，知道大致功耗时，对于小功率设备，可认为热耗等于功耗，对于大功耗设备，可近似认为热耗为功耗的75%。其实为给设计留一个余量，有时直接用功耗进行计算。但注意电源模块的效率比较高，一般为70%～95 %，对同一个电源模块，输出功率与输入功率之比越小，效率越低。热耗的单位为W。

(3) 热流密度

单位面积上的传热量，单位W/m2。

(4) 热阻

热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，定义为1W 热量所引起的温升大小，单位为℃/ W 或K / W。用热耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。

(5) 导热系数

表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量(热量从高温区域流向低温区域)，单位为W/m ·K ·或W/m ·℃。

(6) 对流换热系数

反映两种介质间对流换热的强弱，表明当流体与壁面的温差为1 ℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为W/m ·K 或W/m ·℃ (热量从高温物体流向低温物体) 。

(7) 层流与紊流(湍流)

层流指流体呈有规则的、有序的流动，换热系数小，热阻大，流动阻力小；

紊流指流体呈无规则、相互混杂的流动，换热系数大，热阻小，流动阻力大。层流与紊流状态一般由雷诺数来判定。在热设计中，尽可能让热耗大的关键元器件周围的空气流动为紊流状态，因为紊流时的换热系数会是层流流动的数倍。

(8)流阻

反映流体流过某一通道时所产生的静压差。单位- 帕斯卡(Pa)。

(9) 黑度

实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，在0～1 之间。它取决于物体种类、表面状况、表面温度及表面颜色。表面粗糙，无光泽，黑度大，辐射散热能力强。

(10) 雷诺数Re (Reynlods)

雷诺数的大小反映了空气流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则数。

(11) 普朗特数Pr (Prandtl)

普朗特数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则数。空气的Pr数可直接根据定性温度从物性表中查出。

(12) 努谢尔特数Nu(Nusseltl)

反映出同一流体在不同情况下的对流换热强弱，是一个说明对流换热强弱的相似准则数。

2.2 热量传递的基本方式

简单考虑流体情况下的正交异性瞬态热分析的基本方程：

其中：

T –温度T(x,y,z,t) (K 或C)；t –时间(s)；

ρ - 密度(kg / m3)；

c –比热(J / kg / K)；

Kx,Ky,Kz –三个方向的导热系数(W/m · K 或W/m ·℃)；

Vx,Vy,Vz –三个方向的热质量迁移速度(kg / s)

q’ - 单位体积的生热率(W / m3)

热流传递方式：

热量传递主要有三种方式：导热、对流和辐射，它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。

(1) 导热：

导热是在连续介质中由于存在温度梯度所产生的传热现象。对于一块厚度L 的平板，若两表面保持温差ΔT，则平板两表面间的热流为：

q = λ·A ·ΔT ·L = A ·ΔT / R (2-2)

λ --- 导热系数，W/m · K 或W/m ·℃；

A --- 导热方向上的截面面积，m2；

R --- 导热热阻(1 / λ/ L), ℃/W

根据方程的形式，可以看出，要增加热量传递q，可以增加导热系数，选用导热系数高的材料；增加导热方向上的截面积；减小导热方向上的距离。

当传递的热量一定时，增加导热系数、截面积或两个表面的距离，将使温差减小。

(2) 对流的基本方程：

对流是由固体与流经其表面的流体之间存在的温差产生的换热现象。流入固体表面的热流为：

q = h·A ·(Ta-Tw) (2-3)

h --- 对流换热系数，W/m2 · K 或W/m2 ·℃；

A --- 有效对流换热面积，m2；

tw --- 固体表面温度，℃；

ta --- 周围介质温度，℃；

由方程可见，要增强对流换热，可以加大换热系数和换热面积，或增大流体与固体之间的温差。

对流换热的方式又可分为自然对流换热和强迫对流换热。

(3) 辐射的基本方程：

两个相互发生辐射的表面之间的辐射热交换为：

其中：

εi，εj --- 分别为两个表面黑度系数;

Fij --- 表面i 到表面j 的视角系数。即表面i 向空间发射的辐射落到表面j 的百分数。

Ai，Aj --- 分别为物体i，j 的有效辐射面积，m2 ；

Ti, Tj --- 分别为物体i 和物体j 表面的绝对温度，K ；

σ --- Stefan-Boltzmann 常数

由方程可见，要增加辐射换热，可以提高热源表面的黑度和到冷表面的视角系数，增加表面积。

关于视角因子：

面Ai 与面Aj之间的视角因子定义为：

其中：

Ai、Aj –两个表面的面积；分割为若干小面积dAi、dAj；

Ni、Nj - 小面积dAi、dAj的法线；

r - 小面积dAi、dAj的距离；

θi、θj –小面积dAi、dAj的法线与r 的夹角。

2.3 增强热传递的方式

以下一些具体的热传递增强方式就是根据基本传热方程来增加热的传递，反之则可以减少热的流失：

(1) 增加有效传热面积；

(2) 增加流过表面的风速，从而增大对流换热系数；

(3) 增加扰动，破坏层流边界层，而紊流的换热强度是层流的数倍。如换热壁面上的不规则凸起可以破坏层流状态，加强换热；针状散热器和翅片散热器的换热面积一样，而换热量却可以增加30%。

(4) 尽量减小导热界面的接触热阻。在接触面可以使用导热硅胶（电绝缘性能好）或铝箔等材料。

(5) 设法减小热阻。如在屏蔽盒等封闭狭小空间内的器件主要通过空气的受限自然对流和导热、辐射散热，由于空气的导热系数很小，所以热阻很大。如果将器件表面和金属壳内侧通过导热绝缘垫接触，则热阻将大大降低，可减小盒内器件的温升。

相对而言，导热和辐射的传热方式比较单一，因此下面主要介绍两种对流换热方式–自然对流换热和

强迫对流换热。

3 自然对流热设计

当发热表面温升为40 ℃或更高时，如果热流密度小于0.04 W / cm，则一般可以通过自然对流的方式

冷却。

自然对流主要通过空气受热膨胀产生的浮升力使空气不断流过发热表面，实现散热。这种换热方式不需要任何辅助设备，所以不需要维护，成本最低。只要热设计和热测试表明系统通过自然对流足以散热，应尽量不使用风扇。

3.1 自然对流热设计要考虑的问题

合理全面的自然对流热设计必须考虑如下问题：

(1) 元器件布局是否合理

(2) 是否有足够的自然对流空间

(3) 是否充分运用了导热的传热途径

(4) 使用散热器。对于个别热流密度较高的元器件，如果自然对流时温升过高，可以使用散热器以增加散热表面。

(5) 充分运用辐射的传热途径，如将高温器件的热量通过辐射传递给机箱再向外辐射。

(6) 其他的冷却技术。如果高热流密度元器件附近的空间有限，无法安装大散热器，可以采用冷管，将热量导到其他有足够空间安装散热器的位置。

(7) 采用热分析技术

综合考虑上述问题时，将会有许多不同的结构布局方案，用一般的理论公式较难分析有限空间的复杂流动和换热，也难以比较方案的好坏。最好采用热设计仿真分析软件对整个结构(包括各种设备、元器件，以至人员等) 建模、划分网格并计算，然后可以方便地改动布局方案再次计算，比较不同方案的计算结果，即可获得最佳的或满足要求的方案。

现在已经推出了许多热分析的专用软件，水平也在不断提高。

4 强迫对流换热

当自然对流方式散热不能满足设计要求，或者虽能满足要求但散热器和机箱体积会很大时，就必须采用强迫对流的方式散热。强迫对流的最简单方式是强迫风冷，即使用风扇进行散热，采用风扇冷却可以将散热器和机箱的体积减小许多。

风扇冷却又可分为抽风和吹风两种方式，以及选择不同的风扇等；同时还要考虑风扇的噪音等因素。比如轴流风扇在大风量，低风压的区域噪音最小；而离心风机在高风压，低风量的区域噪音最小；注意不要让风扇工作在高噪音区。此外，风扇进风口受阻挡所产生的噪音比其出风口受阻挡产生的噪音大好几倍，所以一般应保证风扇进风口离阻挡物一定的距离，以免产生额外的噪音。

对于内部空间较小，或由于其它原因而不能采用风冷的情况，如果有可能，还可以使用其它流体进行冷却，如水冷或其它介质。

5 热设计的主要步骤

热设计是整个系统设计的一部分，对某些系统而言，它可能占据相当重要的地位。比如在航天产品的设置中就是如此。但是，热设计又不是一个完全独立的内容，它往往与其它专业(结构设计、内部布局、电磁兼容要求等) 的设计耦合在一起，必须综合考虑才能使整个产品达到优异的性能。

5.1 系统分析

通过对整个产品需求的分析，提出对热设计的要求。在热设计方面，主要考虑：

(1) 环境条件

不同用途的产品会遇到不同的热环境，对于航天产品，其热环境具有以下特点：

航天器热环境的一些特点：

a. 航天器上的设备依靠向宇宙空间的热辐射实现散热，空间环境温度为-269 ℃，没有空气，是高真空的环境。

b. 航天器要经受太阳的直接热辐射，行星及其卫星的反照，以及行星与卫星阴影区的深度冷却。故在航天器表面应有合适的涂层，它既可以吸收来自太阳的辐射热，又可以为航天器及内部设备提供极好的隔热。

c. 在航天器内部，由于没有空气，导热和辐射是两种主要的热控制方法。在电子元器件允许的温度范围内，导热作用比辐射更显著。

此外，根据载人还是不载人，宇航员在舱内是否穿宇航服，在舱内还是舱外使用等不同条件，也各有不同的热环境。

(2) 内部设备对热环境的要求

航天器内部往往搭载了不同类型的设备或人员，对于所处的热环境有不同的要求。其中人员对其周围热环境的要求可能是最高的，其次是电子设备，而机械设备的要求一般是最低的。此外，一些科学试验会提出各异的要求。只有弄清楚各类人员和设备对环境的要求，才能考虑如何来实现这些要求。

(3) 热源分析

为了进行热设计，必须了解可能对航天器产生影响的所有热源，包括来自外部环境的热源和内部热源(人员、电子设备、机械设备等)，进行综合考虑。

(4) 其它设计要求对热设计造成的限制条件

热设计与结构设计、设备布局、电磁兼容要求等常常会发生矛盾，必须全面平衡各方要求，找出兼顾各方面要求的合理方案。航天器的大小、重量等受到严格限制，也会给热设计带来较大困难。现有的技术能力也会对热设计造成很大的限制。

可见，热设计只是整个系统工程中的一部分，满足热设计的要求不能只从热设计单方面考虑，必须在对整个系统的准确分析、对各方面因素综合考虑的基础上，提出对热设计的具体要求和制定解决热问题的基本方案。

5.2 初步热设计

根据系统分析对热设计提出的主要要求和基本方案，接下来应该进行初步热设计，即将基本方案具体化。这项工作应该与整个系统的初步设计同步进行(或略迟于结构设计、设备布局等)。内容应当包括(但不限于)：分析确定必要的散热和/或加热需求；为实现热传递所采用的方法；是否和如何采用热控措施；与其它专业之间的协调等。

5.3 初步热分析

对初步热设计形成的方案进行热分析，一判断其是否能够满足系统对热设计的要求。根据分析结果可以对初步设计方案进行修正、调整。

5.4 初步试验验证

如果有条件，可以对初步设计方案进行试验验证。

以上内容(5.2～5.4 )，是与系统的初步设计同步进行的。一般情况，在系统的初步设计完成后，会制造样机进行各项功能试验，以考核设计是否满足要求。这同时也是对初步热设计的一次考核。

在完成系统的初步设计和考核之后，一般情况总是会对整个系统，包括热设计在内各个专业的设计，提出改进的要求。然后各个子系统应该根据这些要求改进设计，进行分析和验证，直到整个系统达到设计要求为止。

6 热分析的主要步骤

当总体设计方案确定并完成一个具体设计之后，可以进行热分析。一般情况，热分析可以按照如下步骤执行(主要依据I-deas软件的TMG 模块)：

(1) CAD 建模，或者将结构设计人员提供的CAD 模型转换到分析软件中。

(2) 研究几何模型和热分析要求，确定热分析方案，包括：分析内容、网格划分方案、载荷和约束类型、计算工况、求解方法等。

(3) 划分有限元网格：包括几何网格和热分析专用的网格；如果需要CFD 分析，还要划分CFD 专用的网格。

(4) 施加载荷和边界条件。

(5) 确定与求解有关的参数(计算时间、步长、求解方法及响应参数选择等)。

(6) 试算：通过试算发现问题和解决问题。

(7) 正式计算。

(8) 计算结果分析：分析计算结果是否合理，找出可能的问题，解决问题后重新计算。

(9) 如果计算结果是合理的，则应根据计算结果对当前设计作出判断和修改，然后再次提交计算，直到满意为止。

DSC 热分析方法简介

Interpretation of DSC curves Practice: The 15 diagrams on the next pages include the following effects:§melting §crystallization, cold crystallization §evaporation, vaporization, drying §solid-solid transition §polymorphic transitions via the liquid phase §glass transition §oxidation §curing, polymerization, polyaddition §decomposition §initial deflection §artifact, mechanical disturbances Write down the effects on the curves and try to find out what each substance is.

Diagram 1 Clear liquid Diagram 2 White powder Wg^-1-0.030 -0.025°C 299.5 300.0 300.5 mW 5°C 292 294296298300302304306308^exo Interpretation DSC 216.11.2000 17:43:26 MSG MT: G. Widmann System e R TA METTLER TOLEDO S Diagram 3 White powder, heated to 200 °C and shock cooled to ambient mW 10°C 120130140150160170180190 ^exo Interpretation DSC 310.11.2000 17:31:50 MSG MT: G. Widmann System e R TA METTLER TOLEDO S

三种热分析方法综合介绍.

三种热分析方法综合介绍 热分析是在程序控制温度的条件下，测量物质的物理性质随温度变化关系的一类技术。该技术包括三个方面的内容：其一，物质要承受程序控温的作用，通常指以一定的速率升（降）温。其二，要选定用来测定的一种物理量，它可以是热学的、力学的、声学的、光学的以及电学的和磁学的等。其三，测量物理量随温度的变化关系。 物质在受热过程中要发生各种物理、化学变化，可用各种热分析方法跟踪这种变化。表1中列出根据所测物理性质对热分析方法的分类。其中以差热分析（DTA）和热重分析（TG）的历史最长，使用也最广泛；微分热重分析（DTG）和差示扫描置热法（DSC）近年来也得到较迅速地发展。下面简单介绍DTA、TG和DSC的基本原理和技术。 表1热分析方法的分类 （一）差热分析（DTA） 差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差（ΔT）随温度或时间的变化关系。在DAT试验中，样品温度的变化是由于相变或反应的吸热或放热效应引起的。一般说来，相变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。 图1为差热分析装置示意图，典型的DTA装置由温度程序控制单元、差热放大单元和记录单元组成。将试样S和参比物R一同放在加热电炉中进行程序升温，试样在受热过程中所发生的物理化学变化往往会伴随着焓的改变，从而使它与热惰性的参比物之间形成一定的温度差。差热分析中温差信号很小，一般只有几微伏到几十微伏，因此差热信号经差热放大后在记录单元绘出差热分析曲线。从曲线的位置、形状、大小可得到有关热力学和热动力学方面的信息。

ANSYS稳态热分析的基本过程和实例

ANSYS稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤： ?前处理：建模、材料和网格 ?分析求解：施加载荷计算 ?后处理：查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit； ②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数； ④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可 以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ●如果进行新的热分析： Command: ANTYPE, STATIC, NEW GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state ●如果继续上一次分析，比如增加边界条件等： Command: ANTYPE, STATIC, REST GUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart ②、施加载荷 可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) ： a、恒定的温度 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature b、热流率 热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷)，如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。 注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元要

TGDSC热分析

TG-DSC热分析 一、实验目的 1.了解热重分析法和差示扫描量热法的基本原理和同步热分析仪分析仪的基本构造； 2.掌握同步热分析仪的使用方法； 3.测定碳酸钙试样的TG-DSC谱图,并根据所得到的谱图,分析样品在加热过程中发生的化学变化。 二、实验原理 1.热重分析 热重法，是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法。 进行热重分析的仪器，称为热重仪，主要由三部分组成，温度控制系统，检测系统和记录系统。 通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成的产物等与质量相联系的信息。 从热重法可以派生出微商热重法，也称导数热重法，它是记录TG曲线对温度或时间的一阶导数的一种技术。实验得到的结果是微商热重曲线，即DTG曲线，以质量变化率为纵坐标，自上而下表示减少；横坐标为温度或时间，从左往右表示增加。 DTG曲线的特点是，它能精确反映出每个失重阶段的起始反应温度，最大反应速率温度和反应终止温度；DTG曲线上各峰的面积与TG曲线上对应的样品失重量成正比；当TG曲线对某些受热过程出现的台阶不明显时，利用DTG曲线能明显的区分开来。 热重法的主要特点，是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。根据这一特点，可以说，只要物质受热时发生质量的变化，都可以用热重法来研究。图中给出可用热重法来检测的物理变化和化学变化过程。我们可以看出，这些物理变化和化学变化都是存在着质量变化的，如升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等。但象熔融、结晶和玻璃化转变之类的热行为，样品没有质量变化，热重分析方法就帮不上忙了。 2.差示扫描量热分析 差示扫描量热法（DSC）是在等速升温（降温）的条件下，测量输入到试样与参比物的功率差（如以热的形式）随温度变化，简称DSC（differential scanning calorimetry）。DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/

Ansys 第 例瞬态热分析实例一水箱

第33例瞬态热分析实例——水箱 本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。 33.1概述 热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。 33.1.1 瞬态热分析的定义 瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。 33.1.2 嚼态热分析的步骤 瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。 1．建模 瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。 注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。 2.施加载荷和求解 (1)指定分析类型， Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择 Transient。 (2)获得瞬态热分析的初始条件。 定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温

度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。 定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Initial Condit'n→Define 即IC命令施加。非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。该稳态分析与一般的稳态分析相同。 注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步， Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time →Time Step。 (3)设置载荷步选项。 普通选项包括每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step. 非线性选项包括：迭代次数（默认25），选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Equilibrium Iter;打开自动时间步长，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step：将时间积分打开，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay. 输出选项包括：控制打印的输出，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出，选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.

热分析的基础与应用

热分析的基础与分析 SII·Nano technology株式会社 应用技术部大九保信明 目录 1．引言。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 2．热分析概要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 2-1热分析的基本定义 2-2热分析技术的介绍 2-3热分析结果的主要 3．热分析技术的基本原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 3-1 差热分析DTA原理 3-2 差热量热DSC原理 3-3 热重TG 原理 3-4 热机械分析TMA原理 4．应用篇。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 4-1DSC的应用例 4-1-1聚苯乙烯的玻璃化转变分析 4-1-2聚苯乙烯的融解温度分析 4-1-3比热容量分析 4-2TG/DTA的应用例 4-2-1聚合物的热分析测定 4-2-2橡胶样品的热分析测定 4-2-3反应活化能的解析 4-3TMA的应用例 4-3-1聚氯乙烯样品玻璃化温度的测定 4-3-2采用针入型探针对聚合物薄膜的测定 4-3-3热膨胀，热收缩的异向性解析 结束语。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 参考文献

1．前言 与其它分析方法相比，热分析方法研究的历史较为久远，1887年，勒夏特利埃（Le Chatelier）就着手研究差热分析，1915年，我国的本多光太郎开创了热重分析（热天平）。之后，随着电气、电子技术、机械技术的发展，热分析仪器迅速地得到了普及，加之，由于最近该仪器的自动化、计算机化程度的不断提高，热分析技术已作为通用的分析技术之一已被广泛的应用。 热分析技术涉及众多领域，以化学领域为首，热分析技术已广泛应用于物理学、地球科学、生物化学、药学等领域。起初，在这些领域中，热分析主要用于基础性研究。随着研究成果的不断积累、扩大，现已被用于应用开发、材料设计，以及制造工序中的各种条件的研究等生产技术方面。近年来，在日本工业标准/JIS等的试验标准、日本药典等的法定分析法中有些也采用了热分析技术。同时，在产品的出厂检验、产品的验收检查等质量管理、工艺管理领域，热分析也已成为最重要的分析方法之一。 作为热分析技术的最常用的方法，本章主要介绍差热分析（DTA）、差热量热分析（DSC）、热重分析（TG）及热机械分析（TMA）的基本原理以及各种测量技术的典型应用示例。 2．热分析的概要 2-1 热分析的定义 根据国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry:ICTA）的定义，热分析为： 热分析技术是在控制程序温度下，测量物质（或其反应生成物）的物理性质与温度（或时间）的关系的一类技术。 图1为根据该定义制作的热分析仪器的示意图。所谓热分析是指，如图1所示将试样放入加热炉中，检测使温度发生变化时所发生的各种性能变化的方法。根据要检测不同的物质性能的变化，热分析技术可以分类为几种不同的热分析技术。 图1热分析仪器的示意图

实验一综合热分析实验

实验一综合热分析实验 一、目的要求 1.了解综合热分析仪的基本构造、原理及方法。 2.了解实验条件的选择。 3.掌握热分析样品的制样方法。 4.掌握对样品的热分析图谱进行相关分析和计算。 二、综合热分析仪的结构、原理及性能 综合热分析仪是在程序控制温度下同步测定物质的重量变化、温度变化和热效应的装置。一般地，综合热分析仪主要由程序控制系统、测量系统、显示系统、气氛控制系统、操作控制和数据处理系统等部分组成。 1.TG的结构、原理及性能 热重法（TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析技术。热重法记录的是热重曲线（ＴＧ曲线），它以质量作为纵坐标，以温度或时间为横坐标，即ｍ—Ｔ曲线。 热重法通常有下列两种类型：等温热重法：在恒温下测定物质质量变化与时间的关系；非等温热重法：在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系。 热重法所用仪器称为热重分析仪或热天平，其基本构造是由精密天平和程序控温的加热炉组成，热天平是根据天平梁的倾斜与重量变化的关系进行测定的，通常测定重量变化的方法有变位法和零位法两种。①变位法是利用物质的质量变化与天平梁的倾斜成正比的关系，用差动变压器直接控制检测。②零位法是靠电磁作用力使因质量变化而倾斜的的天平梁恢复到原来的平衡位置，施加的电磁力与质量变化成正比，而电磁力的大小与方向是通过调节转换结构中线圈中的电流实现的，因此检测此电流即可知质量变化。天平梁倾斜由光电元件检出，经电子放大后反馈到安装在天平衡量上的感应线圈，使天平梁又回到原点。 SDTQ600综合热分析仪采用水平双杆双天平的结构设计。一臂作为水平天平零位平衡测量，另一臂作为高灵敏度DTA的热电偶。同时，一臂用来装填试样，

差热分析法(DTA)简介 (Differential Thermal Analysis)

差热分析法(DTA)简介（Differential Thermal Analysis） 1.DTA的基本原理 差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。在DAT试验中，样品温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的。如:相转变，熔化，结晶结构的转变，沸腾，升华，蒸发，脱氢反应，断裂或分解反应，氧化或还原反应，晶格结构的破坏和其它化学反应。一般说来，相转变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。 差热分析的原理如图Ⅱ-3-1所示。将试样和参比物分别放入坩埚，置于炉中以一定速率进行程序升温，以表示各自的温度，设试样和参比物(包括容器、温差电偶等)的热容量Cs、Cr不随温度而变。则它们的升温曲线如图Ⅱ-3-2所示。若以对t作图，所得DTA曲线如图Ⅱ-3-3所示， 在0-a区间，ΔT大体上是一致的，形成DTA曲线的基线。随着温度的增加，试样产生了热效应(例如相转变)，则与参比物间的温差变大，在DTA曲线中表现为峰。显然，温差越大，峰也越大，试样发生变化的次数多，峰的数目也多，所以各种吸热和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质，而峰面积与热量的变化有关。 图Ⅱ-3-1差热分析的原理图 II-3-1 差热分析的原 理图图 II-3-2试样和参 比物的升温曲线 1.参比物; 2.试样; 3.炉体; 4.热电偶(包括吸热转变) 图Ⅱ-3-3 DTA吸热转变曲线 TA曲线所包围的面积S可用下式表示 式中m是反应物的质量，ΔH是反应热，g是仪器的几何形态常数，C是样品的热传导率ΔT是温差，t1是DTA曲线的积分限。这是一种最简单的表达式，它是通过运用比例或近似常数g和C来说明样品反应热与峰面积的关系。这里忽略了微分项和样品的温度梯度，并假设峰面积与样品的比热无关，所以它是一个近似关系式。 2.DTA曲线起止点温度和面积的测量

17. 实验三 TG-DSC 综合热分析

实验三 TG-DSC综合热分析 热分析是在温度程序控制下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。常用的单一的热分析方法主要有：差热分析（DTA）、示差扫描量热法（DSC）、热重分析(TG)和体积热分析等测定物质在热处理过程中的能量、质量和体积变化的分析方法。综合热分析，就是在相同的热处理条件下利用由多个单一的热分析仪组合在一起而构成的综合热分析仪，对实验材料同时实现多种热分析的方法。 综合热分析，能够同时提供更多的表征材料热特性的信息。其中TGD－TA 和TG－DSC的组合，是较普遍采用的综合热分析方法。它可实现：一般鉴定和确定产品的烧成制度，测定热力学参数（如比热容和热熔等）和结晶度、成分的定量分析以及反应动力学方面的研究等。 一、目的意义 （1）了解STA409综合热分析仪的原理及仪器装置； （2）学习使用TG-DSC综合热分析方法鉴定聚合物。 二、基本原理 由于试样材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理化学反应，同时产生热效应和质量等方面的变化，这是热分析技术的基础。 热重分析方法，分为静法和动法。热重分析仪，有热天平式和弹簧式两种基本类型。本实验采用的是热天平式动法热重分析。 当试样在热处理过程中，随温度变化有水分的排除或热分解等反应时放出气体，则在热天平上产生失重；当试样在热处理过程中，随温度变化有Fe2＋氧化成Fe3＋等氧化反应时，则在热天平上表现出增重 示差扫描量热法(DSC)，分为功率补偿式和热流式两种方法。前者的技术思想是，通过功率补偿使试样和参比物的温度处于动态的零位平衡状态；后者的技术思想是，要求试样和参比物的温度差与传输到试样和参比物之间的热流差成正比关系。本实验采用的是热流式示差扫描量热法。 首先在确定的程序温度下，对样品坩锅和参比物坩锅进行DSC空运行分析，得到两个空坩锅DSC的分析结果—形成Baseline分析文件；然后在样品坩锅中加人适量的样品，再在Baseline文件的基础上进行样品测试，得到样品十坩锅的测试文件；最后由测试文件中扣除Baseline文件，即得到纯粹样品的DSC分析

热分析技术简介——DSC

热分析技术简介——DSC 摘要：差示扫描量热分析仪因其使用方便，精确度高等特点，多年来备受青睐。本文介绍了差示扫描量热法（DSC）的发展历史、现状及工作原理，并且简要地介绍了DSC在天然气水合物、食品高聚物测定和水分含量测定、油脂加工过程及产品、沥青性能研究及改性沥青的性能评定中的应用。 关键词：DSC 技术发展现状应用 一、差示扫描量热法( DSC ) 简史 18世纪出现了温度计和温标。 19世纪，热力学原理阐明了温度与热量即热焓之间的区别后，热量可被测量。 1887年，Le Chatelier进行了被认为的首次真正的热分析实验：将一个热电偶放入黏土样品并在炉中升温，用镜式电流计在感光板上记录升温曲线。 1899年，Roberts Austen将两个不同的热电偶相反连接显著提高了这种测量的灵敏度，可测量样品与惰性参比物之间的温差。 1915年，Honda首次提出连续测量试样质量变化的热重分析。 1955年，Boersma设想在坩埚外放置热敏电阻，发明现今的DSC。 1964年，Watson等首次发表了功率补偿DSC的新技术。 差示扫描量热法是六十年代以后研制出的一种热分析方法。它被定义为：在温度程序控制下，测量试量相对于参比物的热流速随温度变化的一种技术，简称DSC（Differential Scanning Calovimetry）。根据测量方法的不同，又分为两种类型：功率补偿型DSC和热流型DSC。其主要特点是使用的温度范围比较宽、分辨能力高和灵敏度高。由于它们能定量地测定各种热力学参数（如热焓、熵和比热等）和动力学参数，所以在应用科学和理论研究中获得广泛的应用。 二、差示扫描量热法的现状 2.1差示扫描量热法（DSC）的原理 差示扫描量热法（DSC）装置是准确测量转变温度，转变焓的一种精密仪器,它的主要原理是：将试样和参比物置于相同热条件下，在程序升降温过程中，始终保持样品和参比物的温度相同。当样品发生热效应时，通过微加热器等热元件给样品补充热量或减少热量以维持样品和参比物的温差为零。加热器所提供的热量通过转换器转换为电信号作为DSC曲线记录下来。它是一种将与物质内部相转变有关的热流作为时间和温度的函数进行测量的热分析技术。 2.2差示扫描量热分析技术发展 差示扫描量热法是在差热分析（DTA）的基础上发展起来的一种热分析技术。

一个经典的ansys热分析实例(流程序)

/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches) ! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3 MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 ! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125 ! Define specific heat values（比热） MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 ! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题 ! Define parameters for model generation RI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tank RO1=1.5 ! Outside radius Z1=2 ! Length RI2=.4 ! Inside radius of pipe RO2=.5 ! Outside pipe radius Z2=2 ! Pipe length CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tank WPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axis CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipe WPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default setting BOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warning VOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders /PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on /VIEW,,-3,-1,1

ANSYS热分析指南与经典案例

第一章简介 一、热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等

第二章 基础知识 一、符号与单位 W/m 2-℃ 3 二、传热学经典理论回顾 热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q ?+?+?=- 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能； ● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ?=； ● 对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ● 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx dT k q -=''，式中''q 为热流

热分析实验报告.

热分析实验报告 一、实验目的 1、了解STA449C综合热分析仪的原理及仪器装置； 2、学习使用TG-DSC综合热分析方法。 二、实验内容 1、对照仪器了解各步具体的操作及其目的。

2、测定纯Al-TiO2升温过程中的DSC、TG曲线，分析其热效应及其反应机理。 3、运用分析工具标定热分析曲线上的反应起始温度、热焓值等数据。 三、实验设备和材料 STA449C综合热分析仪 四、实验原理 热分析（Thermal Analysis TA）技术是指在程序控温和一定气氛下，测量试样的物理性质随温度或时间变化的一种技术。根据被测量物质的物理性质不同，常见的热分析方法有热重分析(Thermogravimetry TG)、差热分析(Difference Thermal Analysis，DTA)、差示扫描量热分析(Difference Scanning Claorimetry，DSC)等。其内涵有三个方面：①试样要承受程序温控的作用，即以一定的速率等速升（降）温，该试样物质包括原始试样和在测量过程中因化学变化产生的中间产物和最终产物；②选择一种可观测的物理量，如热学的，或光学、力学、电学及磁学等；③观测的物理量随温度而变化。 热分析技术主要用于测量和分析试样物质在温度变化过程中的一些物理变化（如晶型转变、相态转变及吸附等）、化学变化（分解、氧化、还原、脱水反应等）及其力学特性的变化，通过这些变化的研究，可以认识试样物质的内部结构，获得相关的热力学和动力学数据，为材料的进一步研究提供理论依据。 综合热分析，就是在相同的热条件下利用由多个单一的热分析仪组合在一起形成综合热分析仪，见图1，对同一试样同时进行多种热分析的方法。

ANSYS非稳态热分析及实例详解解析

第7 章非稳态热分析及实例详解 本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识，主要包括非稳态热分析的应用、非稳态热分析单元、非稳态热分析的基本步骤。 本章要点 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析

7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随着时间的推移而变化的特性可以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。ANSYS 11.0及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷-时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。 7.1.2 非稳态热分析的控制方程 热储存项的计入将稳态系统变为非稳态系统，计入热储存项的控制方程的矩阵形式如下： []{}[]{}{}C T K T Q += 其中，[]{} C T 为热储存项。 在非稳态分析时，载荷是和时间有关的函数，因此控制方程可表示如下： []{}[]{}(){}C T K T Q t += 若分析为分线性，则各参数除了和时间有关外，还和温度有关。非线性的控制方程可表示如下： (){}(){}(){},C T T K T T Q T t +=???????? 7.1.3 时间积分与时间步长 1、时间积分 从求解方法上来看，稳态分析和非稳态分析之间的差别就是时间积分。利用ANSYS 11.0分析问题时，只要在后续载荷步中将时间积分效果打开，稳态分析即转变为非稳态分析；同样，只要在后续载荷步中将时间积分关闭，非稳态分析也可转变为稳态分析。 2、时间步长 两次求解之间的时间称为时间步，一般来说，时间步越小，计算结果越精确。确定时间步长的方法有两种： （1）指定裕度较大的初始时间步长，然后使用自动时间步长增加时间步。

ANSYS热分析

第一章 简 介 一、热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等

第二章 基础知识 一、符号与单位 项目 国际单位 英制单位 ANSYS 代号 长度 m ft 时间 s s 质量 Kg lbm 温度 ℃ o F 力 N lbf 能量（热量） J BTU 功率（热流率） W BTU/sec 热流密度 W/m 2 BTU/sec-ft 2 生热速率 W/m 3 BTU/sec-ft 3 导热系数 W/m-℃ BTU/sec-ft-o F KXX 对流系数 W/m 2-℃ BTU/sec-ft 2-o F HF 密度 Kg/m 3 lbm/ft 3 DENS 比热 J/Kg-℃ BTU/lbm-o F C 焓 J/m 3 BTU/ft 3 ENTH 二、传热学经典理论回顾 热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: z 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q Δ+Δ+Δ=? 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ΔU ——系统内能; ΔKE ——系统动能； ΔPE ——系统势能； z 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ΔΔ； z 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q Δ=； z 对于稳态热分析：0=Δ=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； z 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温

ANSYS传热分析实例汇总

实例1: 某一潜水艇可以简化为一圆筒,它由三层组成,最外面一层为不锈钢,中间为玻纤隔热层,最里面为铝层,筒内为空气,筒外为海水,求内外壁面温度及温度分布。 几何参数: 筒外径30 feet 总壁厚 2 inch 不锈钢层壁厚0、75 inch 玻纤层壁厚 1 inch 铝层壁厚0、25 inch 筒长200 feet 导热系数不锈钢8、27 BTU/hr、ft、o F 玻纤0、028 BTU/hr、ft、o F 铝117、4 BTU/hr、ft、o F 边界条件空气温度70 o F 海水温度44、5 o F 空气对流系数2、5 BTU/hr、ft2、o F 海水对流系数80 BTU/hr、ft2、o F 沿垂直于圆筒轴线作横截面,得到一圆环,取其中1度进行分析,如图示。 以下分别列出log文件与菜单文件。 /, Steady1 /title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFT Ro=15 !外径(ft) Rss=15-(0、75/12) !不锈钢层内径ft) Rins=15-(1、75/12) !玻璃纤维层内径(ft)

Ral=15-(2/12) !铝层内径(ft) Tair=70 !潜水艇内空气温度 Tsea=44、5 !海水温度 Kss=8、27 !不锈钢的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Kins=0、028 !玻璃纤维的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Kal=117、4 !铝的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Hair=2、5 !空气的对流系数(BTU/hr、ft2、oF) Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr、ft2、oF) /prep7 et,1,plane55 !定义二维热单元 mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数 mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数 mp,kxx,3,Kal !设定铝的导热系数 pcirc,Ro,Rss,-0、5,0、5 !创建几何模型 pcirc,Rss,Rins,-0、5,0、5 pcirc,Rins,Ral,-0、5,0、5 aglue,all numcmp,area lesize,1,,,16 !设定划分网格密度 lesize,4,,,4 lesize,14,,,5 lesize,16,,,2 eshape,2 !设定为映射网格划分 mat,1 amesh,1 mat,2 amesh,2 mat,3 amesh,3 /SOLU SFL,11,CONV,HAIR,,TAIR !施加空气对流边界 SFL,1,CONV,HSEA,,TSEA !施加海水对流边界 SOLVE /POST1 PLNSOL ！输出温度彩色云图

综合热分析实验

实验二综合热分析实验 一．实验目的 1.了解热分析技术适用范围与测试对象 2.了解综合热分析仪STA 449C的结构和测试原理 3.观察热分析仪的操作方法和测试结果分析。 二．实验原理 热分析是指在程序温度的控制下测量物质的物理性能与温度关系的一类技术。在热分析法中，物质在一定温度范围内发生变化，包括与周围环境作用而经历的物理变化和化学变化，如释放出结晶水和挥发性物质的碎片、热量的吸收或释放，某些变化还涉及到物质的质量增加或质量损失，发生热化学变化和热物理性质及电学性质变化等。热分析法的核心就是研究物质在受热或冷却时产生的物理和化学的变迁速率和温度以及所涉及的能量和质量变化。总之，热分析技术是建立在物质热行为上的一类分析方法。 就固体物质而言受热后物理性质将发生变化。如导热系数、热膨胀系数、热辐射性质、热容等都会发生变化。当金属材料从一个相转变为另一个相的过程中会吸收或放出热量，如固态相变潜热、固液熔融相变潜热，发生相变所对应的温度称为临界点。热分析方法就是测出发生相变的临界点温度。对于金属合金材料，可以通过测出一系列不同成份配比的合金的临界点，并将同一物性的点连起来而得到合金的相图，这也是测定相图的最常用的方法。 常用的热分析方法有三种：差热分析法（DTA）、差示扫描量热分析法（DSC）和热重分析法（TG）。 1．差热分析法（DTA） 差热分析是在温度程序的控制下，测量物质的温度与参比物的温度差和温度关系的一种技术。其原理是：在相同的加热条件下对试样加热或冷却，若试样中不发生任何热效应，试样的温度和参比物的温度相等，两者温差为零。若试样发生吸热效应，试样的温度将滞后于参比物的温度，此时两者的温差不为零，并在DTA曲线上出现一个吸热峰；若试样发生放热效应，试样的温度将超前于参比物的温度，此时两者的温差也不为零，并在DTA曲线上出现一个放热峰。根据记录的曲线，就可以测出反应开始的起始温度，反应峰所对应的温度（峰位置），峰的面积就和产生的热效应值对应。通过这些信息，就可以对物质进行定性和定量分析。 2．差示扫描量热分析法（DSC） 差示扫描量热分析也是用参比物和试样进行比较，但是两者的重要差别在于DSC的参比物和试样各自由一个单独的微型加热室加热。当试样按程序升温时，控制系统根据试样和参比物的温差信号来调节加热器的功率输出，使试样和参比物在整个试验过程中（不论有无热效应发生）始终保持温度一致，即两者的温差为零。所记录的是试样和参比物之间的功率差随温度的变化曲线，称为DSC曲线。

稳态热分析报告案例(ANSYS15.0版)

本例题的主要部分为一个圆筒形罐，其上沿径向有一材料一样的接管（如图？？？？所所示），罐内流动着450°F（232°C）的高温流体，接管内流动着100°F（38 °C）的低温流体，两个流体区域由薄壁管隔离。罐的对流换热系数为250Btu/hr-ft2-o F（1420watts/m2-°K），接管的对流换热系数随管壁温度而变，它的热物理性能如表？？？所示。要求计算罐与接管的温度分布。 表？？？？ 6.5.1 预处理 Step 1: 确定分析标题 起动ANSYS后，开始一个分析，需要输入一个标题，按下面方法进行操作： 1.选择Utility Menu> File> Change Title，弹出相应对话框 2.输入Steady-state thermal analysis of pipe junction。 3.点击OK。 Step 2: 设置分析单位系统 You need to specify units of measurement for the analysis. For this pipe junction example, measurements use the U. S. Customary system of units

(based on inches). To specify this, type the command /UNITS,BIN in the ANSYS Input window and press ENTER.在分析之前，需要为分析系统设定单位系统， Step 3: Define the Element Type The example analysis uses a thermal solid element. To define it, do the following: 1.Choose Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete. The Element Types dialog box appears. 2.Click on Add. The Library of Element Types dialog box appears. 3.In the list on the left, scroll down and pick (highlight) "Thermal Solid." In the list on the right, pick "Brick20node 90." 4.Click on OK. 5.Click on Close to close the Element Types dialog box. Step 4: Define Material Properties To define material properties for the analysis, perform these steps: 1.Choose Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models. The Define Material Model Behavior dialog box appears. 2.In the Material Models Available window, double-click on the following options: Thermal, Density. A dialog box appears. 3.Enter .285 for DENS (Density), and click on OK. Material Model Number 1 appears in the Material Models Defined window on the left. 4.In the Material Models Available window, double-click on the following options: Conductivity, Isotropic. A dialog box appears. 5.Click on the Add Temperature button four times. Four columns are added. 6.In the T1 through T5 fields, enter the following temperature values: 70, 200, 300, 400, and 500. Select the row of temperatures by dragging the cursor across the text fields. Then copy the temperatures by pressing Ctrl-c. 7.In the KXX (Thermal Conductivity) fields, enter the following values, in order, for each of the temperatures, then click on OK. Note that to keep the units consistent, each of the given values of KXX must be divided by 12. You can just input the fractions and have ANSYS perform the calculations. 8.35/12 8.90/12 9.35/12 9.80/12