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ansys怎样模拟接触热阻?

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发表于 2005-5-31 23:12:03 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 北京交通大学
实体模型,两个物体材质不同,初始温差1000多度。我建了面接触,设置了接触热导。分析结果和期望的差距很大,是不是参数设的不对?参数太多了,应该改哪些?

不用接触时,计算结果倒和期望相似,ansys会在不同材料间自动建接触热阻吗?
发表于 2005-6-2 08:42:22 | 显示全部楼层 来自 陕西西安

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

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ansys的接触热阻是通过接触单元的“接触热导”实现,不能自动建接触热阻;
如果采用节点融合(全协调)方式代替接触,相当于接触热导无穷大
估计你的接触热导取的不准确(具体取多少得有你的模型决定)
个人意见,仅供参考
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发表于 2005-6-1 12:48:15 | 显示全部楼层 来自 上海

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

接触热阻在哪里设置啊?
我现在还没用到,以后要用。
 楼主| 发表于 2005-6-2 20:32:55 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

两种材料都是钢,25钢和45钢,前者是液态,后者是固态金属型,外壁有对流,对流系数100,空气温度20度。接触热阻应该比45钢常温时的小。国际单位,45钢常温时热导35,我取接触热导为10。计算结果是6分钟后25钢还是液态。后来把接触热导改为10000计算结果才和实际的差不多。
同样的模型,把两物体gule,然后计算6秒后25钢就成固态了。
发表于 2005-6-3 11:54:02 | 显示全部楼层 来自 美国

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

给一个接触热阻的估计:
假设两材料之间有d=10um(头发丝厚度)的一层膜,热导率k=10W/m-K,那么接触热阻为: d/k=1e-5/10=1e-4m^2-K/W.个人记得在ANSYS中的设置的实际是接触热导,等于热阻的倒数,所以10000W/m^2-K是reasonable的。

你把接触热导设置为10W/m^2-K,相当与在两层钢中加了一层k=10000W/m-K,厚度为10um的膜,实际上大大强化了散热。

不过不明白为什么你设10,反而比直接两物体gule的结果变固态更慢。。。

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 楼主| 发表于 2005-6-17 10:08:47 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

我又查看了一下选项,设置的是接触热导,关与膜的厚度似乎没有选项可以设定。接触对中有很多选项,是不是有些其它参数对计算结果也有影响呢?
另外,我认为gule的时候两物体没有接接触热阻,界面热导率无穷大,实际上是按原物体的热导率传热,只是两物体的热导率不同而已。
发表于 2005-6-19 07:49:12 | 显示全部楼层 来自 美国

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

对不起,我在计算热阻的时候犯了个错误。

楼主把接触热导设置为10W/m^2-K,实际相当于在两块钢(k=35W/m-K)间夹了一块厚度为0.1m的,k=1W/m-K的玻璃,导致了热无法从液态钢传到固态钢,液态钢只能通过对流来散热,所以6分钟后25钢还是液态。

从单位上来说,接触热导和对流换热系数是一样的。它们的定义也很类似:
对流换热: q= h*(T-T0)   h: 换热系数   
接触热导: q=m*(T1-T2) m:接触热导
q: heat flux unit: W/m^2

所以对流换热系数如果为100W/m^2-K,相当与在物体和heat sink (环境温度)之间夹了一块0.01m,k=1W/m-K的玻璃 (假设在玻璃中传热方向是一维,垂直与玻璃厚度方向)。

>>>另外,我认为gule的时候两物体没有接接触热阻,界面热导率无穷大,实际上是按原物体的热导率传热,只是两物体的热导率不同而已。

楼主理解完全正确,呵呵。。。
发表于 2005-6-19 09:28:27 | 显示全部楼层 来自 美国

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

给一个具体例子:

两块长为10m相同材料的杆,之间的接触热导为10W/m^2-K,杆本身热导率k=20W/m-K。 一端固定温度为0K,另一端加 heat flux q=100 W/m^2,
从ANSYS结果可以看出,在两杆接触处有温度降(由接触热阻引起), 加热流端温度升高为110K

110 =  q*R= 100*( 10/20 +1/10 +10/20) K
其中10/20 为杆的热阻, 1/10为接触热阻。
接触热阻引起的温度降为  100*1/10=10K,如图所示。

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发表于 2005-6-19 09:35:27 | 显示全部楼层 来自 美国

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

结果如图所示:

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发表于 2005-6-19 09:39:58 | 显示全部楼层 来自 美国

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

另一个例子作为对比:
两块长为10m相同材料的杆,热导率k=20W/m-K. 它们之间夹一长度为1m,热导率k=10W/m-K的杆。 一端固定温度为0K,另一端加 heat flux q=100 W/m^2。

从ANSYS结果可以看出,加热流端温度升高也为110K, 中间的短杆等效与上面例子中的接触热导=10的情况。只不过温度分布有些区别。在短杆上的温度降也为10K。

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 楼主| 发表于 2005-6-20 18:45:44 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

iomega wrote:
给一个具体例子:

两块长为10m相同材料的杆,之间的接触热导为10W/m^2-K,杆本身热导率k=20W/m-K。 一端固定温度为0K,另一端加 heat flux q=100 W/m^2,
从ANSYS结果可以看出,在两杆接触处有温度降(由接触热阻引起), 加热流端温度升高为110K

110 =  q*R= 100*( 10/20 +1/10 +10/20) K
其中10/20 为杆的热阻, 1/10为接触热阻。
接触热阻引起的温度降为  100*1/10=10K,如图所示。

感谢  iomega  兄的讲解和例子。
小弟还有不明白的。
ansys中的  thermal contact conductance  是接触热导,其单位与对流系数相同(与热导率单位不同)。所以,设定该值应的依据不是材料的热传导率。你是怎么考虑厚度的?就是说为什么两个例子会是等效的?
 楼主| 发表于 2005-6-20 18:52:50 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

请再给一个例子,模型不变如例一,只是要求两棒间温度无阶跃变化,即求一个接触热导,该接接触热导产生的效果相当于在两棒中加一段热导率相同的棒。
 楼主| 发表于 2005-6-21 21:27:08 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

iomega wrote:
另一个例子作为对比:
两块长为10m相同材料的杆,热导率k=20W/m-K. 它们之间夹一长度为1m,热导率k=10W/m-K的杆。 一端固定温度为0K,另一端加 heat flux q=100 W/m^2。

从ANSYS结果可以看出,加热流端温度升高也为110K, 中间的短杆等效与上面例子中的接触热导=10的情况。只不过温度分布有些区别。在短杆上的温度降也为10K。
iomega  兄,我明白了。10w/m^2-k的接触热阻,可以说是在两物体中间加了一层热导率为10W/m-K,厚度为1m的东西。也可以说成是加了热导率为1W/m-K,厚度为10m的东西。
 楼主| 发表于 2005-6-21 21:34:26 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

现在明白热触热导为10000时,相当于在25钢和45钢之间加了一层厚1毫米,热导率为10w/m-k的一层膜,这与实际情况接近。
非常感谢iomega 兄给我的帮助。
发表于 2005-6-24 16:57:28 | 显示全部楼层 来自 江苏南京

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

在接触单元实常数中有接触热阻的定义。例如CONTAC170的TCC
 楼主| 发表于 2005-7-22 12:26:39 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

瞬态分析时的界面温度情况:

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发表于 2005-7-22 15:05:54 | 显示全部楼层 来自 上海

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

"两种材料都是钢,25钢和45钢,前者是液态,后者是固态金属型,外壁有对流,对流系数100,空气温度20度。接触热阻应该比45钢常温时的小。国际单位,45钢常温时热导35,我取接触热导为10。计算结果是6分钟后25钢还是液态。后来把接触热导改为10000计算结果才和实际的差不多。
同样的模型,把两物体gule,然后计算6秒后25钢就成固态了。"

楼主对于这种液态和固态钢接触时的界面上,怎么处理接触热导的?
如果我对液态钢表面加12000的换热系数,是不是这样做可以理解为接触热导,我看有人说换热系数和接触热导具有类似性。
希望高人解答。
最近做毕业课题,问题真是多多啊。
 楼主| 发表于 2005-7-22 18:15:42 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

zhaodaibin:
不知道你是不是模拟铸造温度场的,先这么认为吧!
接触热导和对流系数的单位是一样的,二者有相似性,物理意义都是:温度差为1K时,两种材质间单位面积上传递的热量。
不同点是:
施加对流时周围介质的温度是定值,如金属型外壁的空冷,可以认为空气温度不变。
而设置接触热导后,即指定了铸件和铸型间的热交换能力,铸型的温度是不断变化的,而这是无法简化的。
你要是模拟铸件和铸型间的接触热导是不能用对流条件来实现的。

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发表于 2005-7-23 01:04:22 | 显示全部楼层 来自 上海

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

非常感谢天山飞鹰的解答。
我的确在做高温熔液和轧辊的铸轧问题,现在的难点是我在哪里可以设这种界面热导(比如我的界面热导为12000),其实后面还要作成界面热导值与界面
高温熔液的节点温度有关,先做定值吧。
那这个界面热导在ANSYS什么地方输入啊?
急切等待。
 楼主| 发表于 2005-7-23 10:08:22 | 显示全部楼层 来自 北京交通大学

Re:ansys怎样模拟接触热阻?

Ansys接触热导的设置过程如下:
1、建好模型,对于铸轧问题可以考虑用二维平面模型来简化,两部分分别创建,接触的地方应该有两条线
2、设置单元体、材料属性,分别对两部分划分网格
3、在modeling>creat>contact pair对话框中设置互相接触的两条线,建立接触后在thermal contact conductance一栏中填写接触热导。

具体操作步骤可参考ansys帮助文件:Contact Technology Guide
ANSYS Tutorials>Chapter 8. Contact Tutorial
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