第五章 表面效應(yīng)單元

5.1簡(jiǎn)介

表面效應(yīng)單元類似一層皮膚,，覆蓋在實(shí)體單元的表面,。它利用實(shí)體表面的節(jié)點(diǎn)形成單元。因此,，表面效應(yīng)單元不增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量（孤立節(jié)點(diǎn)除外）,，只增加單元數(shù)量。

ANSYS 5.7中熱分析專用表面效應(yīng)單元為SURF151(2-D)以及SRUF152(3-D),。有關(guān)單元的詳細(xì)描述請(qǐng)參閱《ANSYS Element Reference》,。

5.2表面效應(yīng)單元在熱分析中的應(yīng)用

利用表面效應(yīng)單元可更加靈活地定義表面熱載荷：

當(dāng)熱流密度和熱對(duì)流邊界條件同時(shí)施加于同一表面時(shí)，必須將其中一個(gè)施加于實(shí)體單元表面,，另一個(gè)施加在表面效應(yīng)單元,。建議將熱對(duì)流邊界施加于表面效應(yīng)單元。

可將熱對(duì)流邊界條件中的流體溫度施加于孤立節(jié)點(diǎn)上,，將對(duì)流系數(shù)施加于表面單元,，這樣,，可更靈活地控制對(duì)流載荷。

當(dāng)對(duì)流系數(shù)隨溫度變化時(shí),，表面效應(yīng)單元可提供設(shè)置計(jì)算對(duì)流系數(shù)的選項(xiàng),。

表面效應(yīng)單元還可以用于模擬點(diǎn)與面的輻射傳熱。

5.3表面效應(yīng)單元的有關(guān)熱分析設(shè)置選項(xiàng)

SURF151是單元可用于多種載荷和表面效應(yīng)的應(yīng)用,?？梢愿采w在任何二維熱實(shí)體單元的表面(除軸對(duì)稱諧波單元PLANE75和PLANE78外)。該單元可用于二維熱分析,，多種載荷和表面效應(yīng)可以同時(shí)存在,。SURF151單元有2到4個(gè)節(jié)點(diǎn)，如考慮對(duì)流傳熱和輻射的影響需要定義一個(gè)外部節(jié)點(diǎn),。傳熱量和熱對(duì)流量以表面載荷的形式施加在單元上,。詳細(xì)單元說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)《ANSYS Theory Reference》。

SURF152是三維熱表面效應(yīng)單元,，可用于多種載荷和表面效應(yīng)的應(yīng)用,。它可以覆蓋在任何三維熱單元的表面，該單元可用于三維熱分析,。該單元中多種載荷和表面效應(yīng)可以同時(shí)存在,。詳細(xì)單元說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)《ANSYS Theory Reference》。

選定單元：

命令：ET

GUI： Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Options

分析設(shè)置選項(xiàng)：

中間節(jié)點(diǎn)：

Include： keyopt(4)=0

Exclude：keyopt(4)=1

如果實(shí)體單元為帶中間節(jié)點(diǎn)的單元,，如Solid90，則設(shè)為Include,，否則為Exclude,。

是否有孤立節(jié)點(diǎn)：

Exclude： Keyopt(5)=0

Include：Keyopt(5)=1

如果在表面效應(yīng)單元上施加熱流密度，則為Exclude,；如果在表面效應(yīng)單元上施加熱對(duì)流,，則可為Exclude，也可為Include,。如果有孤立節(jié)點(diǎn),，則對(duì)流系數(shù)施加在表面效應(yīng)單元上，流體溫度施加在孤立節(jié)點(diǎn)上,。如果無(wú)孤立節(jié)點(diǎn),，則對(duì)流系數(shù)和流體溫度都施加在表面效應(yīng)單元上。

熱流密度或?qū)α鬟吔鐥l件：

忽略熱流密度和對(duì)流邊界條件：Keyopt(8)=0

施加熱流密度,，忽略對(duì)流：Keyopt(8)=1

根據(jù)平均溫度（壁面與流體）(TS＋TB)/2,，計(jì)算對(duì)流系數(shù)：Keyopt(8)=2

根據(jù)固體表面溫度TS，計(jì)算對(duì)流系數(shù)：Keyopt(8)=3

根據(jù)流體溫度TB,，計(jì)算對(duì)流系數(shù)：Keyopt(8)=4

根據(jù)固體表面與流體溫差｜TB-TS｜,，計(jì)算對(duì)流系數(shù)：Keyopt(8)=5

是否考慮輻射,，選擇Exclude　radiation：

Keyopt(9)=

設(shè)置單元行為：

Plane：Keyopt(8)=4

Axisymmetric：Keyopt(8)=4

Plane with thickness：Keyopt(8)=4