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