热力耦合分析—记住这些要点，可少走一些弯路
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热力耦合—顾名思义，就是热温度场和结构静力的耦合分析。除静力分析和疲劳分析以外，热力耦合分析也是压力容器分析设计中经常会遇到的一种分析形式，比如固定管板换热器管板的计算，如果管壳程温差相差较大的时候，就不能忽视温差作用导致管壳程热膨胀量不同造成的温差应力对管板、换热管、管板与管箱或壳程筒体处变形协调的影响，且往往需要考虑6种计算工况：壳程压力单独作用；管程压力单独作用；管壳程压力同时作用；壳程压力单独作用及热膨胀差的影响；管程压力单独作用及热膨胀差的影响；管壳程压力同时作用及热膨胀差的影响。对于常规的换热器，那么SW6就可完全搞定，但有时候不免遇到超出151标准适用范围的非常规换热器，这时候就只能通过ANSYS进行分析计算了。故以一台非常规换热器的分析设计为案例，简介一下热力耦合分析在Ansys workbench中求解注意要点。
【要点1】：既然是做热力耦合分析，那么首先要对热力学的三大传热方式（热传导、热对流、热辐射）进行一定的了解，其实也不需要对传热学有多深的了解，但是对这三大传热方式的基本定义和传热方程的了解则是必要的：一是起码做分析的人得知道导热系数、对流传热系数是如何得来的；二是有助于对温度场计算结果的准确性判定，只有保证温度场计算的准确性，才能进一步进行热力耦合分析和保证后续计算的准确性。这个时候就需要静下心来好好看看书本了。
【要点2】：材料属性设置的正确性，如换热器分析计算时，需要考虑盛装介质之间的热对流及壳体间的热传导作用，那么有四个重要的参数需要设置：对流传热系数、导热系数、弹性模量、线膨胀系数，其中导热系数、弹性模量和线膨胀系数必须给定一个温度区间内的值（考虑的最大和最小温度需包含在此区间内）且需确保准确性，AWB在不同温度下进行计算的时候会通过内部自动插值算法进行温度场的求解，对流传热系数则在Mechanical中根据设置的温度定义。
【要点3】：分析几何、材料、温度载荷、机械载荷等是否具有对称性，对于具备对称性的模型采用对称模型建模，可减少很大的工作量，既不影响计算结果又可提升计算效率（特别对于很大的模型，在建模之初就需评价和判定是否需要建立对称模型），比如本例根据对称性采用1/4模型建模，如下图所示。
【要点4】：建模型的时候，我们压力容器行业只要求六面体网格，因而往往需要对一个模型进行很多次切分*作，以尽量将每个体均切分成可扫略的体，进而可通过Sweep方法对每个体进行控制保证全六面体网格，同时可在需重点关注的应力区域进行网格的细化，而在非重点关心区域可粗分网格，提升计算效率。
【要点5】：正因为上述的各种切分*作，一个完整的体会被切成若干个体，特别是对于大模型和稍微复杂一点的模型，甚至会切分出上百个体，那么笔者建议从一开始学AWB的时候就要养成一个良好的习惯，将切分后的每个体均重新命名以及对同类型的体进行named selection*作命名**进行标识，可方便后续的*作，特别后续需要对模型进行修改的时候，通过重命名和***作大大减少模型修改可能会出现的错误率。
【要点6】：还有一个习惯也是至关重要的，就是在将模型导入到Mechanical中后一定要对模型进行仔细检查，虽然ANSYS公司已经将DM和Mechanical融合的很好，但还会因特殊容差的存在导致从DM中导入到Mechanical中的模型出现错误，而往往在DM中是很难查出模型错误的，在DM中建的很完美的模型在导入到Mechanical中后可能会出现很多错误，特别是会出现小面或边断裂的情况，会严重影响到网格划分的质量，另外甚至会出现体的重合甚至少体的情况出现（笔者就曾遇到过），所以要点5中提到的对每个切分的体进行重命名，对导入到Mechanical中模型的检查也是方便和直观的。如果明明所有的体都已经切分成可扫略的体，但在划分网格的时候有的模型就是划分不出完整的六面体网格，这时候必定是模型出现问题了，特别是上述提到的可能出现小面或断边的情况，这时候就一定要仔细检查模型，如发现存在上述情况，则可通过拓扑方法将小面和断边等合并起来，以保证后续网格划分的可行性和质量。
【要点7】：检查载荷和边界条件施加的准确性，是否存在数值施加错误的情况？是否存在过约束或欠约束的情况？是否存在约束施加错误的情况？对于温度场的计算，则还需要检查线膨胀系数、导热系数、对流传热系数和弹性模量设置的准确性，需要特别注意的一点是在软件中一定要确保数值和单位的对应性和准确性。
【要点8】：对于热力耦合分析，需要检查温度场计算的准确性，这是确保应力计算准确的前提，所以要求分析设计人需具备一定的理论基础和实践经验，以能通过判断温度场分布的趋势，来进一步确保温度场计算的准确性，这也是之前提到的为什么要对热力学的三大传热形式进行必要了解的原因。
【要点9】：温度场分析完成之后就是将求解结果导入到静力分析模块进行应力的求解了，到这一步就是普通的静力分析了，这一步的关键就是要保证机械载荷和位移边界条件施加的准确性，此处就不再赘述了。
【要点10】：就是根据标准要求进行相应的线性化和应力评定，需要评定的位置有所有结构不连续处，所有需重点关心和考察的应力区域，标准要求需要评定的位置，关于评定则需要建立在对标准的熟知和一定的力学理论基础上。
上述要点其实都是通用要点，对任何一种分析都是适用的，养成上述的好习惯至关重要，甚至会直接决定所建立的模型是否能进行网格划分，能否进行求解，求解效率如何？求解结果是否准确等等？上述每一步都是相辅相成的，前面步骤的准确性直接决定后续求解的正确性，同时可通过判断后续计算结果是否准确，反过来对前面步骤进行检查，一步步排除错误。
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