有限元线法二次参数单元的温度场分析

有限元线法二次参数单元的温度场分析

近年来，有限元线法（FEM）的发展迅速，因其对不同形状的构

件的实际性能进行精确分析的能力而备受关注。在FEM中，二次参数单元（QUAD）是一种重要的有限元种类，被广泛用于温度场分析。本文将着重讨论QUAD单元在温度场分析方面的应用，详细阐述其优势

和缺陷，并从理论出发，介绍QUAD单元有效的计算方法。

QUAD单元以二次矩形形式出现，在温度场分析中，可以快速准

确地解决结构的热力学响应问题。QUAD单元的优势在于，其使用的

网格拓扑简单，即只需定义网格点的位置，而无需定义每个网格单元的节点，这极大地减少了模型拓扑定义的难度；同时，QUAD单元可

以将复杂曲面转化为矩形网格，这使计算可以非常有效地进行，具有同等准确性。

QUAD单元在温度场分析中具有显著的优势，但也存在一些缺点。由于它们是二次参数单元，因此边界上的节点只保留一个节点，它们受到网格系统的影响，因此在它们的计算结果中可能存在一定的误差。另外，由于QUAD单元的节点分布是均匀的，颗粒分布难以准确地表述，从而影响其准确性。

要有效地解决结构的温度场分析，我们需要一种能够准确表达温度场的方法。为此，基于QUAD单元，我们可以提出有效的数值计算

方法，以及更先进的有限元方法。

首先，根据坐标变换公式，我们可以将整个构件变换到以矩形有限元模型表示，即由正方形单元组成的四边形网格模型。此外，使用

坐标转换公式，还可以将几何形状任意分布的温度场表示为矩形模型，并通过定义某些特性参数，使其能够准确表达温度变化的趋势。然后，根据有限元理论，计算在QUAD网格上的温度响应，并利用Galerkin 法求解整体温度场分析问题，从而得到QUAD单元在温度场分析中的

准确计算结果。

除了使用坐标转换公式，我们还可以采用更先进的有限元方法，例如通用有限元（GEM）、直接有限元（DFEM）等，以较高的准确度求解温度场分析问题。GEM及DFEM方法可以使用任意形状的有限元，

克服QUAD单元的一些缺点，在温度场分析中实现更高的精度和可靠性；此外，它们也能够准确描述热结构件的温度场变化特征，从而使整个热分析过程更加便捷。

本文针对QUAD单元在温度场分析中的应用，详细地分析了其优

势和缺陷，并探讨了有效的计算方法。QUAD单元具有简单的模型拓

扑定义、快速便捷的计算和恒定的精度，将复杂曲面转化为矩形网格，是一种非常有效的温度场分析工具。同时，为了提高QUAD单元的准

确性，还可以采用更先进的有限元方法，如GEM、DFEM等，从而实现更高精度的数值分析。本文对温度场分析中的QUAD单元及其计算方

法的分析及研究，为热力学和结构力学领域的研究和应用提供了新的思路和基础。

基于ANSYS活塞有限元温度场的分析与研究

第一章绪论 1.1内燃机活塞组有限元研究的背景和意义 内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置，它主要利用燃料燃烧释放出的热能产生有用的机械能做功。经历了百余年的发展，内燃机领域己经取得了长足的进步。在现今的社会中，几乎所有的交通工具均以内燃机做其核心的动力源。回溯整个20世纪，内燃机技术的成熟推动了整个人类社会向前进步，其广泛的应用也造就了这个世纪的繁荣。 随着各种新技术的研究成果应用到发动机设计过程中，以及愈来愈严格的排放法规的现在，发动机正想着高转速，高功率和低油耗的方向发展。功率的提高必然带来一些负面的影响。如加重了活塞的热负荷，使得活塞的温度超过活塞材料所能承受的味道，大大降低了活塞磁疗的强度，严重时可能活塞会出现龟裂甚至烧损。缸内爆发压力增加是活塞和缸体，缸盖承受的接卸符合增大。可能导致活塞和缸体缸盖因强度不足而产生破坏。此外压力升高率过大时，会产生敲缸现象，增加发动机的燃烧噪声，当提高发动机的转速以增大发动机的功率时，各个运动部件的惯性力也随着增加，使得活塞销和活塞销座的受力问题更为突出。缸体对活塞的支撑力也增大。于是发动机的噪声问题成为整车噪声中的主要问题【21】。 尽管转速的自己可以减少发动机的传热损失，但却同时造成发动机的NOx排放增加，在排放法规要求日益严格的今天，这一问题的得与失显得要慎重考虑。不仅如此，还会造成摩擦损失的增加。 在满足发动机高功率设计的同时，必须要考虑发动机的温度和强度方面的要求。发动机是一切动力装置的新章，而作为发动机关键部件的活塞又是重中之重，活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高征集技术水平的关键，直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。为了减少发动机的整机重量和提高功率，中小型柴油机几乎都采用铝合金作为材料，为了减少活塞的传热和热负荷，人们正尝试使用陶瓷作为活塞的材料。 有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。它不但可以解决工程中的结构分析问题，也成功地解决了传热学，流体力学，电磁学和声学等领域的问题。有限元计算结果可以作为各类工业产品设计和想能分析的可靠依据。使用有限元方法分析活塞模型，可以很直接的分析活塞零部件的就够强度问题。热负荷问题，而研究分析的结果与试验箱就和将验证试验进行的有效性。

铸造模型的温度场有限元分析

铸造模型的温度场有限元分析 概述 铸造是一种工程制造方法，将液态金属或其他物质浇铸到一个模具中，让其冷却并形成所需形状。在铸造过程中，温度场是非常重要的 因素。温度场决定了物体的热胀冷缩、形变、质量等方面，因此对温 度场进行分析和优化是铸造中非常关键的步骤。 有限元分析是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的物理模 拟和优化。它通过将复杂的物理系统划分成离散的小单元，然后进行 数值计算，求解问题的数值解。因为铸造模型具有复杂的结构和几何 形状，因此需要使用有限元分析方法对其温度场进行建模和分析。 建模 铸造模型的温度场建模通常采用有限元法。首先需要将模型划分为 许多小单元，然后对每个小单元进行分析。对于铸造模型，一般采用 三维有限元建模。 建模首先需要构建模型几何结构，通常可以使用CAD软件进行建模，并将建模结果导入有限元分析软件中。此外，还需要确定材料属性如 热传导系数、比热容等物理参数。这些参数可以通过实验或者文献数 据获得。

模型建立后，需要进行网格划分。网格划分是将模型划分为许多小 单元的过程。划分应该既能保证精度，又不能花费过多的计算资源。 常用的有限元网格包括四面体网格和六面体网格。 求解 一旦建立了有限元模型并完成了网格划分，就可以求解铸造模型的 温度场了。求解需要根据材料性质、边界条件和初值条件设置方程组。为此，通常会考虑以下因素： •材料参数：包括材料的比热容、密度、热传导系数等。 •边界条件：包括模型的外表面或锥度面进行空气自流冷却，穴道内部注射的铸造材料温度，模型的初值等。 •时间步长：需要选用适当的时间步长来求解模型。 通过建立方程组，使用求解器对其进行求解。有限元分析通常可以 获得模型的温度分布、热流量、热应力等结果。 结果分析 求解完成后，可以对求解结果进行分析和优化。通常采用后处理软 件进行结果可视化，比如ParaView、Tecplot等软件。 常用的分析方式包括对温度场进行动态展示、温度场的等高线图、 热流分布图等。这些可视化结果可以帮助研究人员更好地了解模型温 度分布的规律，并进行优化改进。

基于有限元法的电气设备热场分析

基于有限元法的电气设备热场分析 电气设备是现代工业生产的重要组成部分，广泛应用于各行各业。由于电气设 备长时间运转会导致温度上升，而高温会使设备发生故障，从而影响生产效率，甚至导致事故。因此，了解电气设备的热场分布情况，分析其热建模和传热机理，是确保电气设备安全运行的必要步骤。 这时，有限元法成为一种有效的手段，可以模拟电气设备的热传递过程。其基 本思想是将复杂的物理过程分解成若干个简单的单元，由于每个单元内具有良好的连续性和交互性，可以构建出整个系统的数学模型，通过数值计算，得到模型的解析结果。 以下，本文将详细讨论有限元法在电气设备热场分析中的应用。 一、有限元法的基本原理 有限元法的基本思想是将复杂的物理过程离散成若干个单元，每个单元都是独 立的子区域，在这些单元内可以构建简单的数学模型。通过组装这些单元的有限元方程，可以得到整个结构的数学模型，通过数值计算求解，即可得到所需的结果，如温度场分布等。 具体来说，有限元法可以分为以下几个步骤： （1）离散 将所研究的结构离散，划分成有限多个小单元，每个单元都有一组解析函数， 用于描述单元内的物理规律。 （2）建模 根据物理规律，建立起每个单元内的解析方程，并将它们组合为整个结构的有 限元方程组，同时考虑每个单元之间的协调关系，构造出结构的完整有限元方程组。

（3）求解 通过求解有限元方程组，得到整个结构的温度场分布、热流密度场分布、热应力分布等相关物理参数。 （4）后处理 根据求解结果，进行可视化处理，如在结构上绘制温度场分布图、热应力分布图等，将模拟结果物化为有用的工程信息。 二、有限元法在电气设备热场分析中的应用 针对不同种类的电气设备，热场分析的目标和方法有所不同。本文以变压器为例，具体探讨有限元法在电气设备热场分析中的应用。 1、模型构建 变压器由铁心、线圈、油箱等构成，在模型构建时，需要考虑这些组成部分的层次和复杂性。根据变压器的结构特点，可以将其离散为多个小单元，对于不同的单元，需要针对其内部结构和物理规律建立相应的解析方程，比如，在线圈内建立电场分布方程，结合奥姆定律，可以得到电阻发热通量在线圈内的热传递方程。 2、使用有限元软件模拟 有限元软件可以为电气设备热场仿真提供强有力的工具，如Ansys、COMSOL 等，其广泛应用于各种电气设备热场分析中。在仿真过程中，将模型构建好之后，将其导入有限元软件中，进行时间步骤性仿真，例如，利用时序仿真的方法，对仿真模型进行温度分布、电场分布、电流密度分布等物理参数的计算和分析。 3、分析仿真结果 仿真过后，需要对仿真结果进行分析，包括温度场分布、热流强度分布、热应力等。通过分析仿真结果，可以对变压器的热场分布进行评估，确定其热传递效率以及发热元器件和散热措施等的设计，从而保证电气设备的安全运行。

3温度场有限元分析理论基础

第3章温度场有限元法分析理论基础 在制造加工领域中，通过计算机模拟各种加工过程是非常方便有效的方法之一。磨削过程也可以通过建立数值分析模型模拟整个磨削的过程，不仅可以预测实验可能发生的情况也可以减少实验的次数。于是，越来越多的学者使用有限元技术对磨削过程进行分析、研究。通过有限元法分析磨削区温度场既有利于对磨削机理的理解，也是一种优化机械加工工艺的有力工具，而且在考虑多种因素、非线性、动态过程分析等复杂情况时其优势尤为显著。 3.1有限元法简介 3.1.1 有限元法的基本思想 有限单元法是目前在工程领域内常用的数值模拟方法之一。目前在工程领域内常用都是数值模拟方法包括有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法等。有限元单元法的基本思想就是将连续的结构离散成有限多个单元，并在每一个单元中设定有限数量的节点，讲连续体看做是节点处连续的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在第一单元中假设一个插值函数来表示单元中场函数的分布规律，进而利用弹性力学、固体力学、结构力学等力学中的变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中有限自由度问题。求解法就可以利用解得的节点值和设定的插值函数来确定单元上以至整个集合上的场函数。 有限元分析的基本概念就是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一个单元假定一个较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，有限元法不仅仅计算精度高而且能够适应各种复杂形状，因此称为行之有效的工程分析手段。 3.1.2有限元热分析简介 热分析是指用热力学参数或者物理参数随着温度变化的关系进行的分析方法。国际热分析协会在1977年将热分析定义为：“热分析是测量在程序控制温度下，物质的

Ansys有限元分析温度场模拟指导书

实验名称：温度场有限元分析 一、实验目的 1. 掌握Ansys分析温度场方法 2. 掌握温度场几何模型 二、问题描述 井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。 表1 井式炉炉壁材料的各项参数 三、分析过程 1. 启动ANSYS，定义标题。单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine” 2.定义单位制。在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键

3. 定义二维热单元。单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE55 4.定义材料参数。单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单

5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。 6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。 7.建立模型。单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。

有限元在传热学中的应用

有限元在传热学中的应用 ——温度场的有限元分析 摘要：热分析在许多工程应用中扮演着重要角色。有限元法是热分析中常用，高效的数值 分析方法。利用有限元法可以求解传热学中温度场的重要参数，在材料成型中，在铸造这一块有着重大意义。 1、有限元法的应用： 有限元法是随着电子计算机的发展迅速发展起来的一种现代计算方法，首先在连续力学领域——飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后也很广泛用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续问题。在传热学中，如果导热物体的几何形状不规则，边界条件复杂，很难有解析解。解决这类问题的最好办法就是数值解法，而数值解法中最具实用性和使用最广泛的就是有限单元法。 2、有限元数值解法的基本思路： 将连续求解区域减走势只在节点处相连接的一组有限个单元的组合体，把节点温度作为基本未知量，然后用插值函数以节点温度表示单元内任意一点处温度，利用变分原理建立用以求解节点未知量（温度）是有限元法方程，通过求解这些方程组，得到求解区域内有限个离散点上的温度近似解，并以这些温度近似解代替实际物体内连续的温度分布。随着单元数目的增加，单元尺寸的减少。单元满足收敛要求。近似解就可收敛于精确解。 3、有限元数值解法的基本步骤 有限元法在工程实际中应用的广泛性和通用性，体现在分析许多工程问题是，如力学中的位移场和应力场分析，传热学中的温度场分析，流体力学中的流场分析，都可以归结为给定边界条件下求解其控制方程的问题，虽然各个问题中的物理性质不同，却可采用同样的步骤求解。具体步骤为（1）：结构离散。（2）：单元分析。（3）：整体分析。（4）：边界条件处理与求解。（5）：结果后处理。 有限元分析实际问题的主要步骤为：建立模型，推倒有限元方程式，求解有限元方程组，数值结果表述。 4、用于传热学的意义 有限元法作为具有严密理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，近年来，以由弹性平面问题扩展到空间问题，板壳问题。从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域；它在工程技术中的作用，已从分析和校核扩展到优化设计。并和计算机辅助设计相结合，形成了完整的计算机辅助设计系统。它解决了传热学中边界条件复杂或呈非线性，有均匀内热源等传统方法无法求解的问题。 温度场方程

温度场有限元计算的研究(1)

温度场有限元计算的研究（1） 温度场有限元计算的研究（1） 温度场有限元计算是一种常用的研究方法，通过对温度场进行数值模拟，可以预测和分析材料的温度分布和热传导行为。在工程领域中，温度 场有限元计算在热处理过程、电子元器件设计、建筑能耗分析等方面具有 广泛的应用。 温度场有限元计算的基本原理是将具体问题抽象为数学模型，并使用 有限元方法进行数值求解。具体而言，温度场有限元计算包括以下几个步骤：建立几何模型、划分网格、确定边界条件、建立求解方程、求解方程组、分析结果。 首先，建立几何模型是温度场有限元计算的基础。根据具体问题的几 何形状，可以建立相应的三维或二维模型，如直线、圆柱、矩形等。随后，将几何模型划分为有限个单元，每个单元用于近似表示整个模型。常用的 单元包括三角形单元、四边形单元等。 然后，确定边界条件是温度场有限元计算的重要一步。边界条件包括 温度边界条件和热流边界条件。温度边界条件是指在边界上给定的温度值，如固定温度、恒定流体温度等。热流边界条件是指在边界上给定的热流密度，如散热器边界、辐射边界等。 接下来，建立求解方程是温度场有限元计算的核心。常用的求解方程 包括热传导方程和边界条件方程。热传导方程描述了温度场的传热行为， 可以根据材料的热传导性质和几何模型的特征进行推导。边界条件方程则 根据具体问题的边界条件进行建立。

在建立求解方程后，进行方程组的求解。由于常规的求解方法通常难 以精确求解大规模的方程组，因此需要使用数值方法进行求解，如有限元法。有限元法将求解域分为有限个单元，每个单元内部采用多项式函数进 行近似，从而将原问题转化为离散的代数问题。 最后，进行结果分析。通过求解方程组得到的温度场数据可以进一步 分析，如计算平均温度、最大温度等。此外，还可以分析材料的温度分布 特征和热传导行为，为工程设计和优化提供参考。 综上所述，温度场有限元计算是一种有效的研究方法，能够预测和分 析温度场的变化规律和热传导行为。在实际应用中，温度场有限元计算可 以用于解决各种与温度相关的工程问题，为优化设计和节能减排提供支持。同时，随着计算机技术和数值算法的不断发展，温度场有限元计算方法也 将得到进一步的完善和应用。

基于有限元方法的热传导分析及其工程应用

基于有限元方法的热传导分析及其工程应用热传导是热力学中的一个重要现象，它描述了热量在物体中的传递 过程。在许多工程领域中，对热传导进行准确的分析和预测至关重要。有限元方法是一种常用的数值模拟方法，可以有效地用于热传导分析，并在工程实践中得到了广泛的应用。 1. 有限元方法简介 有限元方法是一种将复杂问题离散化为简单问题的数值方法。它将 需要求解的区域划分为有限数量的子区域，称为单元。通过在每个单 元上建立适当的数学模型，并考虑其边界条件，可以得到整个区域的 近似解。有限元方法可以应用于不同的物理场问题，例如结构力学、 热传导、流体力学等。 2. 热传导的数学模型 热传导过程可以用热传导方程表达。对于三维空间中的热传导问题，热传导方程可以写作： ∇·(k∇T) + q = ρCp∂T/∂t 其中，T是温度分布，k是热导率，q是体积源项，ρ是密度，Cp是比热容。这是一个偏微分方程，可通过有限元方法进行离散化求解。 3. 有限元离散化过程 为了使用有限元方法解决热传导问题，首先需要将待求解区域划分 为有限数量的单元。常见的单元形状有三角形、四边形单元等。然后，

在每个单元内选择适当的插值函数来近似温度场的分布。通过在每个 单元上建立局部方程，并将它们组装成一个整体方程，可以得到一个 线性方程组。通过求解这个方程组，可以得到整个区域的温度分布。 4. 边界条件的处理 在热传导问题中，边界条件起着重要的作用。边界条件可以分为温 度边界条件和热通量边界条件。温度边界条件指定了边界上的温度值，而热通量边界条件指定了热量在边界上的传递速率。在有限元方法中，通过在网格节点处施加相应的边界条件，可以得到方程组的边界条件 部分。 5. 工程应用 基于有限元方法的热传导分析在工程中有着广泛的应用。以热导率 为例，对于材料的选取和设计，了解其热导率的分布是非常重要的。 有限元方法可以对材料的热导率进行模拟和预测，从而指导工程设计 和优化。同时，在导热设备的设计中，有限元方法也可以用来评估材 料的热传导性能，确定热传导路径，优化传热效果。 此外，有限元方法还可以应用于热传导过程的非稳态分析。非稳态 热传导问题在一些特定的工程场景中具有重要意义，例如火灾模拟和 瞬态温度分析等。有限元方法可以通过将时间离散化，得到时间和空 间上的温度分布。 总结：

温度场数值模拟与分析

温度场数值模拟与分析 一、引言 温度场是工业制造、自然环境等领域中经常涉及到的现象，通 过数值模拟和分析可以深入了解温度场的变化规律，并为后续的 研究工作提供有效的参考。本文将介绍温度场的数值模拟方法和 分析技术，并结合实际案例进行分析和讨论。 二、数值模拟方法 1.有限元方法 有限元方法是数值模拟的一种常用方法，其核心思想是将复杂 的物理问题抽象为有限个单元，通过单元之间的相对运动以及单 元内部的运动来计算物理量的变化。在温度场的数值模拟中，有 限元方法可以通过建立合适的有限元模型、选择适当的数值方法 和求解器来计算温度场的分布和变化规律。 2.计算流体力学方法 计算流体力学方法是将物理问题建模为一系列守恒方程和运动 方程的数学问题，通过求解这些方程来计算物理量的分布和变化。在温度场的数值模拟中，计算流体力学方法可以通过建立流体系 统的数值模型、指定流体系统的初始和边界条件以及选择适当的 求解算法来计算温度场。

3.反向传播神经网络方法 反向传播神经网络方法是在深度学习技术的支持下，将物理问题转化为神经网络的训练问题，通过优化网络的结构和参数，实现对物理问题的数值模拟。在温度场的数值模拟中，反向传播神经网络方法可以通过建立网络模型、选择适当的损失函数和优化算法，来计算温度场的分布和变化规律。 三、分析技术 1.可视化分析 可视化分析是通过图表、图像和动画等可视化方式来展示温度场的分布和变化规律，通过可视化分析可以直观地了解温度场的变化情况，并且可以更好地理解温度场的复杂性。 2.数据挖掘分析 数据挖掘分析是通过分析温度场数据中的模式和关联规则，来发现与温度场相关的重要信息和规律。通过数据挖掘分析可以发现温度场的非线性规律、异常状态和趋势等信息，为后续的研究工作提供有效的参考。 3.时间序列分析 时间序列分析是通过分析温度场数据的时间波动和趋势变化，来了解温度场的周期性和逐渐变化趋势。通过时间序列分析可以

温度场分析理论总结

温度场分析理论总结 温度场分析理论是研究温度分布和传热的一种方法，广泛应用于工程领域，对于设计和优化热传导设备和系统具有重要意义。本文将对温度场分析理论进行总结，包括温度场分析的基本原理、常见的温度场分析方法以及其应用领域和发展趋势。 温度场分析的基本原理是通过对传热方程的求解，得到系统内不同位置上的温度分布。传热方程一般为热传导方程，描述了热量在系统中的传递过程。根据热传导方程，可以得到温度场的分布情况，并通过对温度场进行求解，得到系统内不同位置上的温度值。 常见的温度场分析方法包括解析解法和数值解法。解析解法是通过解析求解热传导方程，得到温度场的解析表达式。这种方法通常适用于简单的几何形状和边界条件的情况，可以快速得到温度场分布。但对于复杂的几何形状和边界条件的情况，解析解法往往无法得到解析表达式，需要使用数值解法进行求解。 数值解法是通过将区域离散化为有限的网格，将热传导方程离散化为一组代数方程，并通过迭代方法求解这些方程，得到温度场分布。常见的数值解法包括有限差分法、有限元法和边界元法等。有限差分法是将区域划分为有限个节点，并在每个节点上近似热传导方程的导数，从而得到一组代数方程。有限元法和边界元法则是将区域划分为有限个单元，通过对单元内部的温度进行逼近，得到温度场的数值解。 温度场分析理论广泛应用于工程领域，对于设计和优化热传导设备和系统具有重要意义。比如，在电子器件的散热设计中，通过对温度场的分析，可以评估器件的散热性能，优化散热结构，提高器件的工作效率和寿

命。在热处理过程的温度控制中，通过对温度场的分析，可以控制加热行 程和时间，保证材料达到所需的热处理效果。在建筑空调系统的设计中， 通过对温度场的分析，可以确定合理的风流设计，提高空调系统的能效。 温度场分析理论的发展趋势主要体现在以下几个方面。首先，随着计 算机技术的快速发展，数值解法在温度场分析中的应用越来越广泛。计算 机能够快速进行大量数据的计算和处理，大大提高了温度场分析的效率和 精度。其次，随着对高温、低温和超高温环境的需求增加，温度场分析理 论也逐渐向这些极端工况拓展，对新的材料和热传导机制进行研究和应用。再次，温度场分析理论与其他领域的交叉研究也在不断增加。比如，与流 体力学的耦合，可以研究流体流动中的温度场变化，优化热传导设备的设计。与材料力学的耦合，可以研究材料的热应力分布，预测材料的热疲劳 寿命。 总之，温度场分析理论是研究温度分布和传热的一种重要方法，通过 对传热方程的求解，得到系统内不同位置上的温度分布。常见的温度场分 析方法包括解析解法和数值解法，广泛应用于工程领域中的热传导设备和 系统的设计和优化。未来，随着计算机技术的发展和对极端工况的需求增加，温度场分析理论将在精度、效率和应用领域上不断发展和完善。

基于有限元法的电缆温度场与载流量分析

基于有限元法的电缆温度场与载流量分析 戚家伟 【摘要】作为对于输电及配电系统都极其重要的设备之一,电力电缆具有不影响城市市容和传输可靠性高的特点.大量复杂的参数决定电缆的载流量,仅按照IEC 60287-2-1—2015《电力电缆的额定电流计算》标准确定电缆载流量往往有较大的误差,无法满足实际需要.通过有限元法利用电缆温度分布来得到电力电缆的载流量,并通过COMSOL软件试验和仿真验证了此方法的正确性和有效性,给出了对电缆敷设有益及提高电缆载流量的建议.同时,证明此方法对电力电缆的安全、经济运行具有实际意义. 【期刊名称】《华电技术》 【年(卷),期】2018(040)012 【总页数】4页(P36-38,41) 【关键词】电力电缆;有限元法;载流量;COMSOL软件 【作者】戚家伟 【作者单位】国网河南省电力公司客户服务中心,郑州 450000 【正文语种】中文 【中图分类】TM757 1 研究背景 如今，随着许多国家地下电缆生产和应用的迅速发展。从发电厂到城乡电网，从变

电站到工厂和街道,地下电缆以其独特的特点得到越来越广泛的应用。电缆在很多情况下相对于架空线方面有着很大的优势。架空线是裸导线，而裸导线的载流量取决于空气和绝缘体。电力电缆比架空线电缆结构更复杂，除了导体，它有绝缘层来承受高压。电力电缆可以铺设在地面、不同种类电缆如图1所示。 图1 不同种类的电缆 2 研究目的 本文主要通过COMSOL软件研究不同类型的电缆在不同参数条件下的温度场与载流量。首先，利用COMSOL软件画出电缆的几何参数；接下来通过参数的变换构建各种不同的土壤环境；最终通过仿真得到温度场分布与载流量给出增加载流量和减少电缆成本的建议。 3 研究方法 3.1 COMSOL软件的热传导模块 COMSOL是一款基于偏微分方程的多元物理模型软件，它起源于MATLAB软件的工具箱模块，自2005年正式更名为COMSOL。它利用有限元法[1]通过求解偏微分方程来实现对物理现象的仿真模拟，热传导模块将用来模拟在不同环境条件下电力电缆的温度场分布及载流量。 3.2 温度场模拟的复杂性 由于影响温度场[2]的参数较多，只能通过确定电缆的几何参数、电缆材料参数、不同环境的边界条件、网格划分及热源的位置来仿真电力电缆在不同环境下的载流量分析。 3.3 仿真分析流程 仿真的全过程如图2所示，首先利用软件设置电缆的几何参数，选择导体的材料和其他环境参数，接着对这个模型进行仿真模拟得到区域内的温度场分布，如果温度达到设定值，结果可以直接进行讨论与分析，如果达不到就通过改变负荷来改变

金属热处理过程中的温度场及相变行为数值模拟分析

金属热处理过程中的温度场及相变行为数值 模拟分析 引言： 金属热处理是一种经常用于改变材料性能的方法，包括加热、保温和冷却过程。在金属热处理过程中，温度场及相变行为对材料性能的影响至关重要。数值模拟分析在热处理过程中的应用已经成为一个热门研究领域，因为它可以提供有关温度场分布和相变行为的详细信息，为工程和材料科学领域的研究者提供了指导和优化金属热处理过程的有效工具。 热处理的温度场分析： 金属热处理过程中，温度场的分析是十分重要的。数值模拟方法可以用来预测 材料在不同温度下的分布和相关性质。热处理过程中的温度分布受多种因素影响，如初始温度、加热速率、保温时间和冷却速率等。通过建立数学模型，结合有限元分析，可以模拟出不同热处理条件下的温度场分布，提供有关温度梯度、热流和传热效率的信息。这些信息对于进一步优化热处理过程中的工艺参数、材料性能和质量控制具有重要意义。 相变行为的数值模拟分析： 在金属热处理过程中，相变行为对材料的性质和性能有着深远的影响。相变行 为通常伴随着晶粒的生长、固溶体的析出和再结晶等过程。通过数值模拟分析，可以对相变行为进行定量描述，提供有关相变温度、相变速率、晶粒尺寸和相变界面的信息。这些信息对于理解金属热处理过程中的相变动力学和相变路径的演化具有重要意义，进而指导后续的热处理工艺优化和材料性能改进。 数值模拟方法的应用：

数值模拟方法在金属热处理过程中的应用广泛而深入。有限元方法是常用的数 值模拟方法之一，它可以通过将材料分割为离散单元，对每个单元进行温度和相变行为的计算，最终得到整个材料的温度场和相变行为。另外，相场模型和相场动力学模型等方法也在金属热处理过程中得到广泛应用，它们可以对相变行为进行更加细致和准确的描述。这些数值模拟方法不仅可以预测金属热处理过程中的温度场和相变行为，还可以为工程和材料科学领域的研究者提供指导，优化金属热处理过程，提高材料的性能和质量。 研究现状与挑战： 目前，金属热处理过程中的温度场和相变行为的数值模拟分析已经取得了一定 的进展，但仍存在一些挑战。首先，金属热处理过程中的温度场和相变行为涉及多学科领域的知识，需要综合考虑材料科学、热力学、传热学等方面的知识，因此需要建立多学科的研究团队。其次，数值模拟方法的建模和计算过程需要大量的实验数据和物理参数，建立准确的材料模型是一个关键问题。最后，数值模拟方法的计算速度和精度也是一个挑战，需要不断改进和优化。 结论： 金属热处理过程中的温度场及相变行为数值模拟分析是一个重要的研究领域， 它可以提供更深入的理解金属热处理过程的本质和机制。数值模拟方法在预测金属热处理过程中的温度场和相变行为方面具有广泛的应用前景，它可以为工程和材料科学领域的研究者提供有效的工具和方法，进一步指导和优化金属热处理过程，提高材料的性能和质量。然而，金属热处理过程中的温度场和相变行为的数值模拟分析仍然面临一些挑战，需要进一步的研究和探索。希望通过不断的努力和创新，能够为金属热处理过程的研究和应用做出更大的贡献。

混凝土温度场分析原理

混凝土温度场分析原理 I. 前言 混凝土是建筑工程中常用的材料之一。由于混凝土的性能直接影响到建筑物的质量和使用寿命，因此混凝土温度场的分析变得尤为重要。本文将从混凝土温度场的分析原理、温度场分析的方法以及温度场分析的应用三个方面进行阐述。 II. 混凝土温度场的分析原理 混凝土在施工过程中，由于混凝土内部水分的蒸发以及水泥水化反应放热等因素，会产生温度梯度。这些温度梯度会导致混凝土的收缩、开裂、变形等问题，从而影响混凝土的力学性能和耐久性。因此，分析混凝土的温度场是十分必要的。 混凝土温度场分析的原理是通过计算混凝土内部的温度分布，来预测混凝土的变形、开裂等问题。在混凝土温度场分析中，我们需要考虑以下几个因素： 1. 混凝土的热物性能 混凝土的热物性能是指混凝土的热导率、比热和密度等参数。这些参数直接影响混凝土的温度分布。

2. 环境温度 环境温度是指混凝土所处的环境温度，包括空气温度、地面温度等。 环境温度会影响混凝土的温度分布。 3. 初始温度 初始温度是指混凝土浇筑时的温度。由于混凝土的热性能不同，不同 材料的初始温度也不同。初始温度对混凝土的温度分布有很大的影响。 4. 混凝土的放热 混凝土在水化反应过程中会放热。混凝土的放热会导致混凝土的温度 升高，从而影响混凝土的温度分布。 III. 温度场分析的方法 在混凝土温度场分析中，我们通常采用数值模拟的方法来进行分析。 数值模拟的方法包括有限元法和有限差分法等。下面我们将分别介绍 这两种方法。 1. 有限元法 有限元法是一种广泛应用于工程中的数值分析方法。有限元法通过将 连续体分割成有限个小单元，然后对每个小单元进行数学建模，最终 得到整个系统的数学模型。在混凝土温度场分析中，采用有限元法可 以将混凝土分割成很多小单元，然后对每个小单元的温度进行计算， 最终得到整个混凝土的温度分布图。

温度场分析

1温度场分析的意义 2离合器温度场分析的前提条件 进行膜片弹簧离合器温度场分析时要考虑到很多因素的影响，在这些因素 中有些是主要的因素，有些是次要的因素。根据目前的研究条件和国内外对此研究的进展状况，针对本研究主要进行如下方面的假设啪儿驯。 (1)在离合器接合过程中，压盘摩擦片间不断地流入和流出，因此其温度在 不断的变化，则摩擦片压盘的材料热性能参数要受到温度的影响。由于实验仪器的限制，不能够测量这些参数的变化，故在这里假设压盘和摩擦片的材料热性能参数不随温度变化。 (2)任何有温度的物体都要向外辐射能量，离合器也不例外。由于离合器接 合分离的时间很短，且压盘和摩擦片的温度不是很高，考虑到辐射计算的复杂性，暂不考虑离合器的辐射散热。 (3)实际工作中，离合器由于温度过高，或者散热不好，材料的物理化学性 质就会发生变化，比如塑性变形、析氢等现象。这些现象在温度场求解中是很难实现的，因此在该分析中将此现象忽略掉。 (4)摩擦热的产生，总是会有各种现象可能会带走部分的摩擦热，如磨损会 带走摩擦热。为了分析问题方便，认为摩擦热流完全被压盘和摩擦片吸收。(5)根据产生热量来源的滑摩功计算公式可判断出压盘摩擦片的温度场是 沿径向和轴向变化的二维温度场。 3用Pro/E软件建立离合器压盘模型 通过Pro/E软件对离合器压盘进行全面的三维建模，见图4-1。Pro/E建模主要通过线框的拉伸和剪切。所建立压盘三维模型数据如下：压盘外径为180mm，内径为120mm，材料为灰铸铁HT200铸成。 4有限元温度场分析前提条件 （1）结构离散化 结构离散化就是将结构分成有限个小的单元，单元与单元、单元与边界之间通过节点连接。结构的离散化是有限元法分析多的第一步，关系到计算精度与计算效率，是有限元法的基础步骤，包含以下的内容： 1）单元类型选择。离散化首先要选定单元类型，这个包括单元形状、单元节点与节点自由度等三个方面的内容。 2）单元划分。划分单元时应注意一下几点：①网格划分越细，节点越多，计算结果越精确。网格加密到一定程度后计算精度的提高就不明显，对应力应变变化平缓的区域不必要细分网格。②单元形态应该尽可能接近相应的正多边形或者正多面体，如三角形单元三边应尽量接近，且不出现钝角；矩阵单元长度不宜

混凝土温度场分析原理

混凝土温度场分析原理 一、前言 混凝土结构在施工完成后需要进行养护，而养护过程中混凝土的温度会对其性能产生一定的影响，因此混凝土温度场分析成为了混凝土结构设计中的重要一环。本文将介绍混凝土温度场分析的原理，以及其在混凝土结构设计中的应用。 二、混凝土的温度场分析原理 1.混凝土的温度场分析目的 混凝土的温度场分析主要是为了了解混凝土结构中的温度分布情况，以便进行养护和设计。混凝土结构在养护期间，由于外界气温和混凝土内部反应热量的作用，会产生一定的温度变化，而温度变化会对混凝土的强度、收缩和裂缝等性能产生影响。因此，混凝土的温度场分析是混凝土结构设计中必不可少的一环。 2.混凝土温度场分析方法 混凝土温度场分析的方法主要有两种，分别是理论分析方法和实验分

析方法。 （1）理论分析方法 理论分析方法是通过计算混凝土结构中温度分布的数学模型，来分析混凝土的温度场分布情况。这种方法主要适用于简单的混凝土结构，如板、墙等。理论分析方法的优点是计算精度高，计算速度快，但需要对混凝土的材料性能和结构形状等因素有较为准确的了解。 （2）实验分析方法 实验分析方法是通过在混凝土结构中布置温度传感器，采集混凝土结构中温度数据，并进行分析处理，来了解混凝土的温度场分布情况。这种方法适用于复杂的混凝土结构，如桥梁、隧道等。实验分析方法的优点是直观、真实，能够检验理论计算的准确性，但需要大量的实验数据和较为复杂的数据处理方法。 3.混凝土温度场分析的参数 混凝土温度场分析的参数主要有混凝土的材料性能、混凝土结构的形状、温度变化情况等。其中，混凝土的材料性能是影响混凝土温度场分析精度的重要因素，包括混凝土的热导率、比热容、密度等；混凝土结构的形状包括结构的长宽高、截面形状等；温度变化情况则包括

有限元线法二次参数单元的温度场分析

有限元线法二次参数单元的温度场分析 有限元线法（FEM）是有限元法（FEM）中一种重要的数值解法，它可以用来求解复杂的工程问题。近年来，由于计算机的发展，有限元线法在工程分析中得到了越来越多的应用。在热力学工程中，有限元线法可以用来分析温度场，它可以求解二次参数单元（TPE）上的 温度分布，为热力学工程设计提供重要参考。 在有限元线法（FEM）分析温度场时，要给出一个数学模型来描 述温度的分布，并对该模型进行数值求解，从而计算出在指定条件下的温度分布。常用的数学模型包括：拉普拉斯方程、伊普斯塔罗方程、Poisson方程等。这些方程可以用有限元线法近似解，获得温度场的数值解。 关于二次参数单元（TPE）的温度场分析，通常采用正交网格， 这样可以有效地减少网格点的数量，减少求解所需的计算量。此外，在求解二次参数单元（TPE）温度场时，还可以在坐标系中定义一个 特殊的二次函数，从而使得拉普拉斯方程的边界条件转换成四阶方程，这样可以利用有限元线法轻松求解。 有限元线法（FEM）分析温度场还可以应用于多维工程模型。例如，在有限元线法分析温度场时，可以将工程模型投影到多维空间，从而得到温度场的空间分布。此外，可以采用有限元线法计算温度场热流方向，从而获得有用的信息，以更好地分析热工工程的性能。 有限元线法（FEM）分析温度场的结果可以为工程设计、优化和 求解提供重要参考，因此，它在热力学工程中也得到了越来越多的应

用。总之，有限元线法（FEM）是解决复杂技术问题的有效方法，它在求解二次参数单元（TPE）上的温度分布时也可以发挥优势，对于热力学工程的设计和应用具有巨大的帮助和参考价值。 随着计算机技术的发展，有限元线法（FEM）也在不断发展。比如，有许多新的数值解技术已经被开发出来，包括边界元法（BEM）、增量载荷应力分析（ILSA）、有限元线法有限体积法（FVF）、有限元线法有限元面法（FFF）等，这些数值模拟技术可以用来模拟更复杂的热力学系统，为热力学工程设计提供更全面的支持。 综上所述，有限元线法（FEM）是一种重要的数值解法，它可以求解复杂的热力学工程问题，特别是求解二次参数单元（TPE）上的温度场，为热力学工程的设计和应用提供重要的参考价值。有限元线法（FEM）的应用将持续蓬勃发展，伴随着新的计算机技术的出现，它将带来更加精确的分析结果，为热力学工程的设计和应用提供更有力的支持。

混凝土结构中的温度场分析研究

混凝土结构中的温度场分析研究 摘要： 混凝土结构在不同的温度条件下会产生不同的温度场，这对结构的安 全性和耐久性有重要影响，因此，对混凝土结构中的温度场进行分析 研究十分必要。本文对混凝土结构中的温度场分析进行了详细的探讨，包括温度场的产生机理、温度场的计算方法、温度场对混凝土结构的 影响及温度场控制的方法等方面。最后，本文指出，对混凝土结构中 的温度场进行研究是十分必要的，可以为混凝土结构的设计和施工提 供科学的依据。 关键词：混凝土结构、温度场、计算方法、影响、控制 一、引言 混凝土结构在使用过程中，会受到多种外界因素的影响，其中温度是 一个非常重要的因素。温度的变化会导致混凝土结构内部产生温度场，而温度场的存在会对混凝土结构的安全性和耐久性产生重要影响。因此，对混凝土结构中的温度场进行分析研究是非常必要的。 二、温度场的产生机理

混凝土结构中的温度场是由多种因素共同作用的结果，主要包括以下 几个方面： 1.混凝土的水泥凝结反应：在混凝土中，水泥与水发生反应，产生热量，这是混凝土结构中产生温度场的主要原因之一。 2.环境温度的变化：混凝土结构在使用过程中，会受到外界环境温度的影响，环境温度的变化会导致混凝土结构内部产生温度场。 3.混凝土结构的热传导：混凝土结构内部的热量会通过热传导的方式向周围环境传递，这也会导致混凝土结构中产生温度场。 三、温度场的计算方法 为了对混凝土结构中的温度场进行分析研究，需要采用合适的计算方法。目前，常用的温度场计算方法主要包括以下几种： 1.经验公式法：这是目前使用最为广泛的一种计算方法，其基本思想是根据混凝土结构的材料参数和结构特点来推算温度场的分布情况。 2.有限元法：这是一种数值计算方法，通过建立混凝土结构的有限元模型，使用计算机对模型进行分析计算，得到温度场的分布情况。

有限元分析实例-----电线生热稳态热分析

有限元分析实例-----电线生热稳态热分析（使用ANSYS17.0软件） 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析

一、进行平面的轴对称分析 启动ANSYS17.0软件。 1.定义文件分析名。选择Utility Menu--file--change jobname命令，输入“exercise-1”，单击ok按钮。 2.定义单元类型。Main Menu--Preprocessor--Element type--add/edit/delete。选择add-Thermal mass--solid--Quad 4node 55单元，单击ok按钮。选择options--k3---Axisymmetric，单击ok按钮。单击close按钮。

3.定义参数，直接在键盘输入 R=0.001015 (半径) Q=1.718e9 (热流密度) LB=19.03 (导热系数) 4.定义材料属性。选择Main Menu--Preprocessor--Material props--Material Models，弹出对话框，选择各向同性的温度材料，如图设置，单击ok按钮。 5.创建模型。 选择Main Menu--Preprocessor--Modeling--create--Areas--Rectangle--By Dimensions命令。如图设置，单击ok按钮，建立矩形，如下图。

6.设置网格单元密度。选择Main Menu--Preprocessor--Meshing--Size cntrls---ManualSize---Global--size。如图设置，单击ok按钮。有限元模型如下图。 7.划分单元。 选择Main Menu--Preprocessor--Meshing--Mesh---Areas---TargetSurf，选择pick all。 8.施加热载荷。 MainMenu--Preprocessor---Loads---DefineLoads---Apply---Thermal---Heat Generat----On Areas,选择整个矩形。输入热流密度Q。如图设置，单击ok按钮。 9.添加温度边界条件，设置外边界的温度为0。 选择Main Menu--Preprocessor---Loads---Define Loads---Apply---Thermal--Temperature---On lines，选择外边，在Lab2中选择TEMP选项，如图设置，单击ok按钮。

混凝土结构中的温度场分析研究

混凝土结构中的温度场分析研究 一、引言 混凝土结构是现代工程建筑中最常见的结构形式之一，其在高层建筑、桥梁、隧道等领域都有广泛应用。在混凝土结构的设计和施工过程中，温度场是一个重要的研究内容。混凝土结构的温度场分析可以帮助工 程师更好地控制混凝土的收缩和膨胀，从而避免结构的裂缝和变形。 本文将对混凝土结构中的温度场分析进行详细研究。 二、混凝土结构的温度场 1.混凝土的热学性质 混凝土的热学性质对其温度场的分析至关重要。混凝土的热传导系数 是影响混凝土温度场的一个重要参数。混凝土的热传导系数随着混凝 土中水泥的含量增加而增加，但同时也受到混凝土中骨料的影响。 混凝土的比热容是指单位质量混凝土的热容量，也是影响混凝土温度 场的一个重要参数。混凝土的比热容随着混凝土中水泥的含量增加而 增加，但同时也受到混凝土中骨料的影响。

2.混凝土的温度变化 混凝土的温度变化是由外部环境和内部反应引起的。外部环境的温度变化是由气候和季节的变化引起的，而内部反应的温度变化是由混凝土的硬化反应引起的。 混凝土的温度变化会导致混凝土的收缩和膨胀，从而引起结构的裂缝和变形。因此，在混凝土结构的设计和施工过程中，需要对混凝土的温度场进行充分的分析和控制。 3.混凝土结构的温度场分析方法 混凝土结构的温度场分析方法主要有两种：数值模拟和试验。 数值模拟方法是通过建立混凝土结构的数学模型，利用计算机模拟混凝土结构的温度变化和热传导过程，从而得出混凝土结构的温度场。数值模拟方法具有成本低、效率高的优点，但需要进行复杂的计算和建模工作。 试验方法是通过在混凝土结构中放置温度计和应变计等测量仪器，测量混凝土结构的温度变化和变形，从而得出混凝土结构的温度场。试验方法具有直观、可靠的优点，但需要进行大量的实验工作。