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PLANE67 單元說明PLANE67 具有熱和導電能力。熱平衡中也包含了由電流產生的焦耳熱。本單元有 4 各節點，每個節點兩個自由度：溫度和電壓。本單元用于 2 維 (平面或軸對稱) 穩態或瞬態熱分析，但是不包括瞬態電容和電感作用。在熱分
PLANE67 單元說明

PLANE67 具有熱和導電能力。熱平衡中也包含了由電流產生的焦耳熱。本單元有 4 各節點，每個節點兩個自由度：溫度和電壓。

本單元用于 2 維 (平面或軸對稱) 穩態或瞬態熱分析，但是不包括瞬態電容和電感作用。在熱分析時，CAE，有限元分析本單元需要迭代求解以包括焦耳熱作用。關于本單元的更多細節見 ANSYS 公司理論手冊 中的PLANE67。如果不存在電作用，可以使用熱實體單元 PLANE55。

如果包含熱- 電單元的模型需要進行結構分析，CAE，有限元分析應該用等價的結構單元(如 PLANE42) 替換本單元。也可以使用熱-電殼元 SHELL157，與 PLANE67 相配合。

圖 67.1 PLANE67 單元幾何

PLANE67 輸入數據

在圖 67.1: "PLANE67 單元幾何" 中給出了本單元的幾何形狀，節點位置和坐標系。單元定義包括 4 個節點和正交異性材料特性。正交異性材料的方向與單元坐標系相同。單元坐標系的方向在 坐標系 中說明。對于穩態問題，比熱和密度可以任意賦值。材料性能中的 RSV_ 為材料的電阻系數。和其它材料性能一樣，電阻系數也可以是溫度的函數。未輸入的材料性能其默認值與 線性材料特性中相同。

在 D 命令中將 Lab 變量設置為 VOLT，可以輸入電壓值。在 F 命令中將 Lab 變量設置為 AMPS，可以輸入流入節點的電流值。

單元載荷在 "節點和單元載荷" 中說明。對流熱流或熱流密度 (二者不能同時) 及熱輻射可以作為單元邊界上的面載荷輸入，如圖 67.1: "PLANE67 單元幾何" 中帶圓圈數字所示。

生熱率可以作為單元節點處的體載荷。如果輸入節點 I 處的生熱率 HG(I)，但不給出其它節點處的生熱率，則默認等于 HG(I)。生熱率疊加到由電流產生的焦耳熱上。

在 "PLANE67 輸入匯總"中給出了本單元輸入數據的匯總。關于本單元輸入數據的一般說明，見 "單元輸入"。對于軸對稱問題見 軸對稱單元。

PLANE67 輸入匯總

節點

I, J, K, L

自由度

TEMP, VOLT

實常數

無

材料性能

KXX, KYY, DENS, C, ENTH, RSVX, RSVY

面載荷

對流換熱或熱流密度 (二者不同時) 及熱輻射 (標識符 Lab = RDSF) -

邊 1 (J-I), 邊 2 (K-J), 邊 3 (L-K), 邊4 (I-L)

體載荷

生熱率 -

HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)

求解能力

對于電-熱耦合問題需要迭代求解

生死單元

關鍵選項

KEYOPT(3) – 單元行為：

0 – 平面

1 – 軸對稱

KEYOPT(4) – 膜系數計算方法

0 – 按平均膜溫度 (TS + TB)/2 計算膜系數

1 – 按單元表面溫度 TS 計算膜系數

2 - 按流體體積溫度 TB 計算膜系數

3 - 按溫差 |TS - TB| 計算膜系數

PLANE67 輸出數據
與單元有關的結果輸出有兩種形式：

? 包括在整個節點解中的節點位移。

? 附加的單元輸出，見 表 67.1 "PLANE67 單元輸出定義"。
熱流以流出單元為正。單元輸出的方向平行于單元坐標系。流入節點的熱流和電流可以用 OUTPR 命令打印輸出。當前子步產生的焦耳熱用來計算下一子步的溫度分布。對于軸對稱單元得體積量的輸出，和其它量一樣，也是對整個 360°圓周的。在 "結果輸出" 中給出了對于結果輸出的一般說明。查看的方法見 "ANSYS 基本分析指南"。
單元輸出定義表使用如下標記:

在名稱列中的冒號 (：) 表示該項可以用分量名方法 [ETABLE, ESOL] 處理；O 列表示該項可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示該項可用于結果文件。

無論 O列或 R 列，Y 表示該項總是可用的，一個數字表示表的一個注解,其中說明了使用該項的條件；而減號 "-" 表示該項不可用。

表 67.1 PLANE67 單元輸出定義

名稱

定 義

O

R

EL

單元號

Y

Y

NODES

節點號 - I, J, K, L

Y

Y

MAT

材料號

Y

Y

VOLU

體積

Y

Y

XC,YC

結果輸出點位置

Y

2

HGEN

生熱率 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)

Y

Y

TG:X, Y, SUM

單元中心處的熱梯度分量和矢量和

Y

Y

TF:X, Y, SUM

單元中心處熱流密度 (熱流率/截面積) 分量和矢量和

Y

Y

EF:X, Y, SUM

分量電流場和矢量和

Y

Y

JS:X, Y

分量電流密度

Y

Y

JSSUM

分量電流矢量和

Y

Y

JHEAT:

單位體積產生的焦耳熱

Y

Y

FACE

側邊標記

1

1

AREA

側邊面積

1

1

NODES

側邊節點

1

1

HFILM

側邊各節點處的膜系數

1

TBULK

側邊各節點處的介質溫度

1

TAVG

側邊平均溫度

1

1

HEAT RATE

透過側邊由對流產生的熱流率

1

1

HEAT RATE/AREA

透過側邊由對流產生的單位面積熱流率

1

HFAVG

側邊的平均膜系數

1

TBAVG

側邊的平均介質溫度

1

HFLXAVG

透過側邊由對流產生的單位面積熱流率

1

HFLUX

側邊各節點處的熱流密度

1

注解：

1 如果輸入了面載荷；

2 只能用于單元中心并作為 *GET 命令的一項。

表 67.2 "PLANE67 輸出項和序列號" 列出了可以通過 ETABLE 命令,采用序列號方法輸出的內容列表。更多信息見 "ANSYS 基本分析指南" 中 一般后處理 (POST1) 部分和本手冊中關于 "輸出項和序列號表" 部分。在表 67.2 "PLANE67 輸出項和序列號" 中使用如下標識符：

Name

與表 67.1: "PLANE67 單元輸出定義" 中相同定義的輸出量；

Item

用于 ETABLE 命令的預先定義的輸出項；

FCn

單元第 n 條邊的輸出項的序列號。

表 67.2 PLANE67 輸出項和序列號

輸出量名稱

ETABLE 和 ESOL 命令輸入

Item

FC1

FC2

FC3

FC4

AREA

NMISC

1

7

13

19

HFAVG

NMISC

2

8

14

20

TAVG

NMISC

3

9

15

21

TBAVG

NMISC

4

10

16

22

HEAT RATE

NMISC

5

11

17

23

HFLXAVG

NMISC

6

12

18

24

PLANE67 假設和限制

·單元不能有負的或零面積；

·如圖 67.1 "PLANE67 單元幾何" 所示，本單元必須位于總體坐標的X-Y 平面中。對于軸對稱問題，Y 軸必須是對稱軸；

·對于軸對稱問題，結構模型必須在 +X 部分；

·如果定義節點號 K 和 L 相同，可以形成三角形單元 (見 "三角形、金字塔形和四面體單元")；

·在各積分點處計算比熱和焓，從而允許對劇烈的變化 (如熔化) 采用較粗的網格；

·如果需要將本熱-電單元替換為有表面應力的結構單元 PLANE42，本熱-電單元的方向應該使 IJ 邊和/或者 KL 邊為自由表面。單元的自由表面 (既不與其它單元相鄰，又沒有邊界約束) 假設為絕熱的；

·具有較小的積分時間步長和嚴重的表面熱梯度的瞬態熱問題要求該表面劃分精細的網格。

·如果 KEYOPT(8) > 0, 將產生不對稱矩陣。

·電流和熱流必須在同一平面中；如果同一節點既指定電壓又指定電流，則忽略電流。

·電和熱的求解通過一個迭代程序進行耦合；

·電熱單位和機械熱單位之間不進行轉換；

·電阻系數可以除以一個轉換因子 (如 3.415 Btu/Hr per Watt) 以得到機械單位的焦耳熱；為使單位一致，電流也必須轉換；

·當所用單位一致時，無需進行轉換；