热分析的校验案例

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热分析的校验案例

复合墙体中的热传递

问题说明：炉壁由两层组成：防火砖和绝热砖。炉内温度为 3000 F (Tf)，内表面对流系数为 3.333 x 10-3 BTU/s ft2 F (hf)。

环境温度为 80 F (Ta)，外表面对流系数为 5.556 x 10-4 BTU/s ft2 F (ha)。确定复合墙体中的温度分布。

1. 内层：

薄膜系数：3.333 x 10-3 BTU/s (ft2)(华氏度)

环境温度 (炉内温度)：3000 F

2. 外层：

薄膜系数：5.556 x 10-4 BTU/s ft2 (华氏度)

环境温度：80 F

材料属性	几何属性
防火砖：k = 2.222 x 10-4 BTU/s ft F 绝热砖：k = 2.778 x 10-5BTU/s ft F	横截面 = 1 英寸 x 1 英寸防火砖厚度 = 9 英寸绝热壁厚度 = 5 英寸

结果比较 - 仿真质量滑块在默认位置

Creo Ansys Simulation 结果比较（默认网格）

复合实心墙体块的热传导

问题说明：考虑由两种材料构成的墙体中的热传导。材料 1 具有均匀的热源，相当于 6000 瓦施加于外墙面，而材料 2 的外表面暴露在对流冷却中。计算区域左侧绝热表面的温度。

参考资料：F.P. Incropera, D.P. Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 5th Edition, pg.117, 2006.

材料属性	几何属性	负载
材料 1：传导率 = 75 W/m-K 材料 1：传导率 = 150 W/m-K	墙体块的尺寸： 70毫米 X 80 毫米材料 1 = 50 毫米材料 2 = 20 毫米厚度 = 1000 毫米	左表面：热流量 = 6000 W 右表面：HTC = 1000 W/m2 K，流体体表温度 = 30 C 所有其他表面都是绝热的。

结果比较 - 仿真质量滑块在默认位置

结果	目标	Creo Simulate	Ansys Discovery Live	Creo Simulation Live	百分比误差
最左侧绝热表面的温度 (℃)	165	165	163.09	163.09	1.17

Creo Ansys Simulation 结果比较（默认网格）

结果	目标	Ansys AIM	Creo Ansys Simulation	百分比误差
最左侧绝热表面的温度 (℃)	165	165.08	165.08	0.05

冷却脊柱的热传递

问题说明：横截面面积 A 和长度 L 的钢制冷却脊柱，从墙体延伸而来，温度保持在 T w。脊柱与周围空气之间的表面对流系数为 h，空气温度为 T a，脊柱尖端绝热。确定脊椎传导的热量和尖端的温度。

对流条件适用于所有 4 个纵向表面。

参考资料：F. Kreith, "Principles of Heat Transfer", 2nd Printing, International Textbook Co.,Scranton, PA, 1959, pg. 143, ex. 4-5

材料属性	几何属性	负载
K = 9.71x10-3BTU/s-ft-F	横截面 = 1.2 英寸 X 1.2 英寸 L = 8 英寸	T w = 100 F T a = 0 F H = 2.778x10-4 BTU/s-ft2-F

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结果	目标	Creo Simulate	Ansys Discovery Live	Creo Simulation Live	百分比误差
尖端温度 (摄氏度)	79.0344	78.96	78.87	78.866	0.21

Creo Ansys Simulation 结果比较（默认网格）

结果	目标	Ansys AIM	Creo Ansys Simulation	百分比误差
尖端温度 (摄氏度)	79.0344	78.966	78.965	0.087