1. ANSYS熱分析簡介
- ANSYS熱分析基於能量守恆原理的熱平衡方程，用有限元的方法計算各節點的溫度，並導出其他物理參數。
- ANSYS熱分析包括熱傳導、熱對流和熱輻射三種熱傳遞方式，此外還可以分析相變、有內熱源、接觸熱阻等問題。
- ANSYS中耦合場的分析種類有熱-結構耦合、熱-流體耦合、熱-電耦合、熱-磁耦合、熱-電-磁-結構耦合等。
- 對於不同的零件，之間可以采用GLUE進行粘接，或者采用Overlap等方法，也可以建立接觸。
1.1 傳導
傳導： 兩個良好接觸的物體之間的能量交換或一個物體內由於溫度梯度引起的內部能量交換。
對流： 在物體和周圍介質之間發生的熱交換。由溫差存在而引起的熱量交換，可以分為自然對流和強對流。對流一般作為面邊界條件施加。熱對流用牛頓冷卻方程來描述。
輻射： 一個物體或者多個物體之間通過電磁波進行能量交換。熱輻射指物體發射電磁能，並被其他物體吸收轉變為熱的熱量交換過程。物體溫度越高，單位時間輻射的熱量越多。熱傳導和熱對流都需要傳熱介質，而熱輻射無需任何介質，且在真空中的效率最高。可以看出輻射分析是高度非線性的。
1.2 熱載荷分類
（1）DOF約束：溫度
（2）集中載荷：熱流
（3）面載荷：熱流，對流
（4）體載荷：體積或者區域載荷。
1.2.1 載荷施加
| 序號 | APDL | 含義 | 備注 |
|---|---|---|---|
| 1 | TUNIF | 施加均勻初始溫度 | |
| 2 | IC | 施加非均勻的初始溫度 |
1.3 熱分析分類
1.3.1 穩態熱分析
如果熱能的流動不隨時間變化的話，熱傳遞就成為是穩態的。由於熱能流動不隨時間變化，系統的溫度和熱載荷也都不隨時間變化。穩態熱平衡滿足熱力學第一定律。通常在進行瞬態分析前，進行穩態分析用於確定初始溫度分布。
對於穩態傳熱，一般只需要定義導熱系數，他可以是恆定的，也可是是隨溫度變化的。
1.3.2 瞬態熱分析
瞬態熱分析用於計算一個系統的隨時間變化的溫度場及其他熱參數。在工程上一般用瞬態熱分析計算溫度場，並將之作為熱載荷進行應力分析。
熱能存儲效應在穩態分析被忽略，而在瞬態分析中要考慮進去。涉及到相變的分析總是瞬態分析。
除了定義導熱系數、密度、比熱容，材料特性應包含實體傳遞和存儲熱能的材料參數，可以定義熱焓（在相變分析中需要輸入）。
1.3.3 非線性分析綜述
（1）輻射：高度非線性
（2）控制單元：可以改變狀態的單元類型，如COMBIN37和COMBIN40經常用來模擬溫度控制。
（3）與溫度有關的輸入：在模型中其他比較常見的引起非線性的原因包括隨溫度變化的邊界條件（如對流換熱系數）或者材料特征（如熱傳導率和熱焓）
（4）MASS71單元：它有隨溫度變化的熱生成率。
（5）多場單元：不知包含溫度DOF的單元稱為多場單元或者耦合場單元。
2. 熱分析單元簡介
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MASS71----熱質量。點單元，只有一個溫度自由度。具有熱容但忽略內部熱阻的物體，如果其內部無明顯的溫度梯度，則可以使用熱質量單元來進行瞬態熱分析。該單元還有一個功能，即溫度與熱產生率相關的能力。（結構分析MASS21）
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LINK33----三維傳導桿。用於節點間熱傳導的單軸單元，該單元每個節點有一個溫度自由度。可用於穩態和瞬態的熱分析。（結構分析）
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LINK34----對流線單元。用於模擬節點間熱對流的單軸單元。該單元每個節點只有一個溫度自由度。可用於穩態和瞬態的熱分析。（結構分析）
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LINK31----輻射線單元。用於模擬空間兩點之間輻射熱流率的單軸單元。每個節點有一個自由度。可以用於二維、三維的穩態和瞬態分析。（結構分析）
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PLANE55----二維熱實體。可作為一個具有二維傳導能力的平面或者軸對稱單元使用。具有4節點，每個節點只有一個溫度自由度。此單元有一個選項，用來模擬通過多孔介質的非線性穩態流動。（結構PLANE42）
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PLANE77----二維八節點熱實體。是PLANE55的高階形式，每個節點只有一個溫度自由度，八節點單元有協調的溫度形函數，尤其適用於描述彎曲的邊界。
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PLANE35----二維六節點三角形熱實體。是一個與PLANE77單元兼容的三角形單元。適用於形狀不規則的模型划分網格。具有一個溫度自由度。（結構PLANE2）
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PLANE75----軸對稱諧分析熱實體。可作為具有三維導熱能力的軸對稱單元使用。有4個節點，每個節點具有一個溫度自由度。是PLANE55單元軸對稱型的一般形式，可承受非軸對稱載荷。（結構PLANE25）
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** PLANE78**----八節點軸對稱諧分析熱實體。可作為具有三維導熱能力的軸對稱單元使用。每個節點只有一個溫度自由度。他是PLANE77單元的一般形式，可承受非軸對稱載荷。
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SOLID70----三維熱實體。具有8個節點，每個節點有一個溫度自由度。該節點可用於三維的穩態或瞬態分析問題，並可補償由於恆定速度場質量輸送帶來的熱流損失。（結構SOLID45）
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SOLID87----三維十節點四面體熱實體。特別適合對不規則的模型划分網格。每個節點只有一個溫度自由度。（結構SOLID92）
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** SHELL131**----四節點熱層殼單元。三維殼層單元，具有面內和厚度方向的熱傳導能力，每個節點最多可以有32個自由度，本單元使用於三維穩態或瞬態的熱分析，產生的溫度可施加於結構殼單元以用於模擬熱彎曲。（結構SHELL43, SHELL63, SHELL143, SHELL181）
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SHELL132----八節點熱層殼單元。節點熱層殼單元。三維殼層單元，具有面內和厚度方向的熱傳導能力，每個節點最多可以有32個自由度，本單元使用於三維穩態或瞬態的熱分析，產生的溫度可施加於結構殼單元以用於模擬熱彎曲。（結構SHELL91, SHELL93, SHELL99）
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INFIN47----三維無限邊界。用於模擬無邊界場問題的開放邊界，其單元形狀為四節點的四邊形或三節點的三角形，每個節點可以有磁勢或者溫度自由度。所依附的單元類型有SOLID5, SOLID96, SOLID98磁單元，也可以是SOLID70, SOLID90, SOLID87熱實體單元。只能進行靜態分析。
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INFIN110----二維無限實體。用於模擬一個二維邊界開發的極大場問題。所依附的單元類型可以是PLANE13, PLANE53磁單元， PLANE55, PLANE35, PLANE77熱單元，或者靜電單元121。分析可以是動態或者靜態的。
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INFIN111----三維無限實體。用於模擬一個三維的邊界開發極大場問題，其一個單層用於描述無限體的外部子域，具有二維磁勢能，溫度，或靜電勢能特性。可以依附SOLID96、97、98、5、62磁單元；SOLID70、90、87熱單元；SOLID122、123靜電單元。分析可以是動態或者靜態的。
表面效應單元：參考鏈接