渝联制冷工程有限公司:SOLID70 3

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SOLID70 3-D实体热单元

SOLID70具有三个方向的热传导能力。该单元有8个节点且每个节点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热分析。该单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那么也可以进行结构分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如SOLID45单元）

  该单元存在一个选项，即允许完成实现流体流经多孔介质的非线性静态分析。选择了该选项后，单元的热参数将被转换成相类似的流体流动参数，例如温度自由度将变为等效的压力自由度。

输入资料：

  该单元的几何体，节点坐标和坐标系统在表格70.1 “SOLID70 Geometry”中介绍。该单元由8节点和各向同性材料属性定义。各向同性材料方向对应于单元坐标系方向，单元坐标的定位在坐标系统中描述。在稳态分析中热度和密度将被忽略。如果在线性材料属性中该单元属性未给出则默认为缺省值。

  单元荷载在节点和单元表中描述，在表70.1“SOLID70 Geometry”中，对流、热熔和辐射可以作为面荷载施加在单元的表面，如表中用圆圈标记的数字。

  热流率可以作为体荷载施加在节点上，如果节点I的热流率定义为HG(I)，当其他的未指定时，默认为HG(I)。

  KEYOPT(7) = 1时选择非线性渗流选项，对于这个选项，温度被认为是压力和绝对的渗流介质输入KXX, KYY, and KZZ作为材料属性。质量密度和流体黏度应用属性DENS 和 VISC。在ANSYS, Inc. Theory Reference 描述了在计算渗流系数的时候将应用属性C 和 MU。温度边界条件如果用D命令输入，将被理解为压力边界条件，并且热流量的边界条件如果用F命令输入将被理解为质量传送速率。

  用KEYOPT(8)可以获得质量传送选项，要应用这一选项VX, VY, and VZ方向的速率必须作为实常数输入。并且温度必须沿着整个的边界条件来保证稳态分析。对于质量传送，用户必须指定热度(C) 和密度(DENS)材料属性来取代焓(ENTH)。

  单元的输入摘要见表“SOLID70 Input Summary”，单元描述见表“Element Input”。

SOLID70 输入摘要

节点--I, J, K, L, M, N, O, P

自由度--TEMP

实常数

质量传送影响 (KEYOPT(8) = 1):

VX - X 方向的质量传送速率

VY - Y方向的质量传送速率

VZ - Z方向的质量传送速率

材料属性

KXX, KYY, KZZ, DENS, C, ENTH, VISC, MU (VISC and MU used only if KEYOPT(7) = 1. Do not use ENTH with KEYOPT(8) = 1).

面荷载

对流或热流量和辐射 (应用 Lab = RDSF) -- 

面 1 (J-I-L-K), 面2 (I-J-N-M), 面3 (J-K-O-N),

面 4 (K-L-P-O), 面5 (L-I-M-P), 面6 (M-N-O-P)

体荷载

热产生 --  HG(I), HG(J), HG(K), HG(L), HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

特别特征--单元生死

KEYOPT(2)--估计薄膜系数:

0 --  估计平均薄膜温度下的薄膜系数 (TS + TB)/2

1 --  估计单元表面温度, TS

2 --  估计大体积流动温度, TB

3 --  估计微分温度 |TS-TB|

KEYOPT(4)--单元坐标系统定义:

0 --  单元坐标平行于整体坐标

1 --  单元坐标以单元的 I-J 边为准

KEYOPT(7)--非线性流体选项:

0 --  标准的热传递单元

1 --  非线性稳态流体相似单元

注：温度自由度认为是压力自由度.

KEYOPT(8)--质量传送影响:

0 --  无质量传送影响

1 --  质量传送通过 VX, VY, VZ

SOLID70输出数据

与单元的结果相联系的输出包括以下两种方式

1、  单元的温度包含在整体的节点结果中

2、  附加的单元输出结果见表70.1

在单元外部对流热熔是正的，在单元内部热熔是正的。如果KEYOPT(7) = 1，标准的热度输出必须转换为流体流动输出。单元的输出方向必须平行于单元的坐标系统。一般的输出结果在表“Solution Output”中给出，参见ANSYS Basic Analysis Guide 观察结果。

  单元的输出定义表使用下面的符号

NAME字段后的冒号表明可以直接制作ETABLE，0列表明项目可以在工作名的文件中得到，R 列表明在结果文件中可以得到项目。

  对于其他的R列或O列，Y表示该项目可以应用，数字脚注表明该项目有条件的使用，a表明该项目不可用。

表 70.1  SOLID70单元输出定义

Name

Definition

O

R

EL

单元号码

Y

Y

NODES

节点 - I, J, K, L, M, N, O, P

Y

Y

MAT

单元材料号码

Y

Y

VOLU:

体积

Y

Y

XC, YC, ZC

结果输出位置

Y

3

HGEN

热产生 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L), HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

Y

-

TG:X, Y, Z, SUM

质心处热梯度分量和向量之和

Y

Y

TF:X, Y, Z, SUM

质心处热流量分量和向量之和

Y

Y

FACE

面编号

1

-

AREA

表面面积

1

1

NODES

面节点

1

-

HFILM

表面每个节点薄膜系数

1

-

TBULK

表面每个节点的体积温度

1

-

TAVG

平均面温度

1

1

HEAT RATE

由对流产生的通过面的热流率

1

1

HEAT RATE/AREA

由对流产生的通过面的单位面积热流率

1

-

HFAVG

表面平均薄膜系数

-

1

TBAVG

表面平均体积系数

-

1

HFLXAVG

由输入热量产生的通过面的单位面积热流率

-

1

HFLUX

表面每节点的热流量

1

-

PRESSURE GRAD

总压力梯度及X，Y，Z 分量

2

-

MASS FLUX

每单位横截面面积的质量流动率

2

-

FLUID VELOCITY

总流速及其 X, Y, and Z 分量

2

-

1.    如果输入了面荷载

2. KEYOPT(7) = 1时输出

3.    *GET 命令可以获得质心结果

Table 70.2  SOLID70 项目和顺序号

Output Quantity Name

ETABLE and ESOL Command Input

Item

FC1

FC2

FC3

FC4

FC5

FC6

AREA

NMISC

1

7

13

19

25

31

HFAVG

NMISC

2

8

14

20

26

32

TAVG

NMISC

3

9

15

21

27

33

TBAVG

NMISC

4

10

16

22

28

34

HEAT RATE

NMISC

5

11

17

23

29

35

HFLXAVG

NMISC

6

12

18

24

30

36

SOLID70假设与限制

1、SOLID70单元的体积不能为0 ，当单元的标号不正确时，体积为0的情况很可能出现

2、该单元可以用SOLID70标记，也可以用IJKL和 MNOP面实现内部相互交换

3、棱柱或四面体形状的单元可以通过复制节点号来形成

4、在较粗大的网格里，每个积分点上指定的热和焓是允许突然改变的

5、假如该单元被作用有表面应力的SOLID45单元代替，那么必须指定热单元方向以便使面IJKL和 MNOP面成为自由面

6、单元的自由面（即那些与周围没有联系的和不受边界条件约束的面）被认为是热绝缘的

7、要得到较好的积分时间步和严格的热梯度的瞬态分析必须在表面上有较好的网格划分

8、当KEYOPT(8) > 0时，将会导致非对称矩阵

SOLID70单元产品限制

  当使用该单元于如下的情况时，产品的限制应用于前面介绍的假设及限制

1、该单元没有质量传送和流体流动选项KEYOPT(7) 和 KEYOPT(8)只能设置为0

2、VX, VY,和 VZ实常数不能应用

3、VISC 和 MU材料属性不可用

4、单元不具有生死功能