1、班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 Ansys 作业 瞬态热分析 问题描述 瞬态热分析实例 1 长方形的板，几何参数及其边界条件如图 3-6 所示。板的宽度为 5cm，其中间有一个半径为 1cm 的圆孔。板的初始温度为 20 ，将其右侧突然置于温度为 20 且对流换热系数为 100W/M2 的流体中，左端置于温度为 500 的温度场，试计算： （ 1）第 1s 和第 50s 板内的温度分布情况。 （ 2）整个板在前 50s 内的温度变化过程。 （ 3）圆孔边缘 A 点处温度随时间变化曲线。 1.建立有限元模型 首先建立瞬态传热分析所需的有限元模型 ， 选择单元
2、。 (1) 选择热分析单元，操作如下： GUI： Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 在弹出的对话框中，单击 Add。在单元类型库对话框中选择 Plane55 单元。单击 OK。 命令： ET,1,PLANE55 (2) 定义材料属性 首先进入 Define Material Model Behavior 对话框，操作如下： GUI： Main Menu Preprocessor Material Props 下面定义瞬态热分析所需的材料参数，如热传导率、比热容及材料密度： 定义热传导 GUI： Main Menu Prepr
3、ocessor Material Props Thermal Conductivity Isotropic 在弹出的定义材料热传导率对话框中的 KXX 栏键入 “5” 。 命令： MPDATA,KXX,1,5 定义比热容 GUI： Main Menu Preprocessor Material Props Thermal Specific Heat 在弹出的定义比热容对话框中的 C 栏键入 “200” 。 命令： MPDATA,C,1,200 班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 定义密度 GUI： Main Menu Preprocessor Material
4、Props Thermal Density 在弹出密度定义对话框中的 DENS 栏键入 “5000” 。 命令： MPDATA,DENS,1,5000 材料属性定义完毕 . (3)建立实体模型 根据本例所用模型，首 先需要创建矩形，然后是圆，最后在矩形板中央减去（ Substract）圆。下面介绍建立实体模型的操作： 创建矩形 命令： RECTNG,0,0.15,0,0.05 创建圆面 其操作如下： GUI： Main Menu Preprocessor Modeling Create Circle By dimensions 在弹出对话框中，单击 OK 得到圆面。 命令 ： CYL4, 0.
5、075, 0.025, 0.01 相减 根据 ANSYS建模过程中面序号赋值原理，直接可以肯定圆面序号为 2，矩形序号为 1，因此采用直接键入命令建实体模型： 命令： asba,1,2 图 1 实体模型 (4) 设定网格尺寸并划分网格 班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 图 2 有限元模型 2.施加载荷并求解 (1)选择分析类型 GUI： Main Menu Preprocessor Loads Analysis Type New Analysis 选择 Transient 分析，单击 OK。在弹出的子对话框中单击 OK。 (2)定义初始条件 板的初始温度为 2
6、0 ，设置初始温度操作如下： GUI： Main Menu Solution Define Loads Apply Initial Conditn Define 在弹出的拾取对话框中，单击 Pick All。弹出 Define Initial Conditions 对话框， 命令： IC,All,TEMP,20, (3)定义热约束 定义对流边界 GUI： Utility Menu Plot lines 命令： LPLOT 定义对流载荷 /边界首先进入 Apply Conv on lines 对话框，操作如下： GUI： Main Menu Solution Define Loads Apply
7、 Thermal Convection On Lines 在弹出对话框中，键入 Film coefficient 和 Bulk Temperature 值。 命令： SFL,L2,CONV,100, ,20, 定义稳态热边界 在边线上定义稳态热边界，操作如下： 班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 GUI： Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Temperature On Lines 在弹出对话框中，键入边界温度为 “500” 。单击 OK。 命令： DL,L4, ,TEMP,500,1 图 3 施加边界条件
8、和载荷 (4)设置时间及时间步进参数 GUI： Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequenc Time time steps 在 Time and time Step Optios 对话框中按照下图 设置，其余选项不变。 TIME,50 AUTOTS,1 DELTIM,1,0.1,2.5,1 KBC,0 下面确认时间积分选项打开。操作如下： GUI： Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequenc Time Integration 保持默认设置，单击 OK。 命令： TIMINT,1 TINTP,
9、0.005, , ,-1,0.5,-1 (5)设置输出控制 GUI： Main Menu Solution Load Step Opts Output Ctrls DB/Results File 在 File Write Frequency 栏选项 Every Substep。 命令： OUTRES,ALL,ALL, (6)求解 班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 GUI： Main Menu Solution Solve Current LS. 命令： Solve 3.查看分析结果 （ 1） POST1 后处理，显示第 1s 和和第 50s 时温度场。 图 4
10、 显示第 1s 时的温度场 重复上述操作，读入第 50s 时结果并显示温度场。下图所示为第 50s 温度场。 图 5 显示第 50s 时的温度场 (2)POST26 后处理 需要查看 A 点随时间变化的温度场，首先必须定义 A 点温度变量，然后才能显示 A 点处 。定义 A 点温度变量显示 A 点温度随时间变化曲线，单击 “GRAPH VARIABLE 按钮，得到 A 点班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 温度随时间变化曲线。 图 6 A 点温度 -时间变化曲线 4.命令流文件 !进入前处理 /prep7 /COM,Thermal Et,1,plane55 Mp
11、,dens,1,5000 Mp,kxx,1,5 Mp,c,1,200 Save !创建几何模型 Rectng,0,0.15,0,0.05 CYL4,0.075,0.025,0.01 Asba,1,2 Save !划分网格 SMRT,3 Amesh,ALL Save !进入加载求解 /solu Antype,trans TRNOT,FULL LUMPM,0 Ic,all,temp,20 Save Lplot SFL,2,conv,100,20 DL,4,TEMP,500,0 Time,50 Kbc,0 Autots,on Deltim,1,0.1,2.5,1 Timint,on TINTP,0.
12、005,-1,0.5,-1 Outres,all,all Solve FINISH /POST1 !* /EFACET,1 PLNSOL, TEMP, 0班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 瞬态传热分析实例 2 1.问题描述： 一个直径为 0.12m，温度为 900 摄氏度的钢球突然放入盛满了水的，完全绝热的横截面直径和孤傲度均为 0.6m 的圆柱体水箱中，水的温度为 20，材料参数如图所示，求解 10 分钟后钢球与水的温度场分布（钢球置于水箱正中央）。 2. 问题分析 属于瞬间热传导问题，研究对象为钢球和水，根据轴对称性，在求解过程中取钢球和水中心纵截面的 1
13、/4 建立几何模型，选择 PLANE55 轴对称单元进行分析。 3.建立模型 (1)添加标题 添加标题，操作如下 GUI： Utility Menu File Change Title 在弹出的 Referenc for GUI Filtering 对话框中，选择 Thermal。单击 OK。 (2) 选择单元 在单元类型库对话框中选择 Plane55 单元。单击 OK。 在 Element behavior K3 下拉框中选择 Axisymmetric 选项，其余默认。 (3)定义材料属性 1 定义热传导率 在弹出的定义材料热传导率对话框中的 KXX 栏键入 “70” 。 定义比热容 在弹出
14、的定义比热容对话框中的 C 栏键入 “448” 定义密度 在弹出密度定义对话框中的 DENS 栏键入 “7800” 。 (4)定义材料属性 2 定义热传导率 在弹出的定义材料热传导率对话框中的 KXX 栏键入 “0.61” 。 定义比热容 在弹出的定义比热容对话框中的 C 栏键入 “4185” 定义密度 在弹出密度定义对话框中的 DENS 栏键入 “1000” . (5)建立实体模型 班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 图 7 平面实体模型 4.设定网格尺寸并划分网格 图 8 有限元模型 班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 5加载及求解 求解之前首先要选择分析类型，然后定义边界条件及其载荷步选项，最后计算。首先选择分析类型。 图 9 求解后显示图 6.查看求解结果 在 POST1 后处理器中查看结果 图 10 总体 温度场等值线图 班级 :硕 3005 姓名 :丁洪福 学号 :3113003019 图 11 水的 温度场等值线图 图 12 球体 温度场等值线图
