ANSYS有限元软件在减压冷却保鲜研究中的应用

　　0 引言

　　有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元分析(FEA，Finite ElementAnalysis)的基本概念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，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。最典型的有限元方法就是用多边形(有限个直线单元)逼近圆来求得圆的周长。

　　有限元方法的特点是其近似性仅限于相对小的子域中，其求解问题的基本步骤是[1]：

　　第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

　　第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，称为有限元网络划分。这是有限元法的核心技术之一。

　　第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。

　　第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵(结构力学中称刚度阵或柔度阵)。

　　第五步：总装求解，即将单元总装形成离散域的总矩阵方程(联合方程组)，反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数(可能的话)连续性建立在结点处。

　　第六步：联立方程组求解和结果解释。通过有限元分析得到联立方程组，其求解结果是单元结点处状态变量的近似值。计算结果通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。

　　从前述可以看出，有限元分析可分成三个阶段，前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分;后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。

　　1 软件有限元分析

　　ANSYS 作为新颖的有限元分析软件在处理热分析问题方面具有强大的功能，而且界面友好，易于掌握。ANSYS 的热分析功能一般包括^[2]：ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical, ANSYS/thermal,ANSYS/FLOTRAN, ANSYS/ED 五种产品模块，对于减压冷却过程，由于只涉及到温度场的求解，则优先选择 ANSYS/thermal 模块。