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ANSYS 热分析指南 (4)  

2010-12-02 08:24:21|  分类: ANSYS 热分析 |  标签: |举报 |字号 订阅

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实例 2

一圆筒形的罐有一接管,罐外径为3英尺,壁厚为0.2英尺,接管外径为0.5英尺,壁厚为0.1英尺,罐与接管的轴线垂直且接管远离罐的端部。如图所示:

              ANSYS 热分析指南 (3) - htbbzzg - htbbzzg的博客
 

罐内流体温度为华氏450,与罐壁的对流换热系数年为250BUT/hr-ft2-oF,接管内流体的温度为华氏100,与管壁的对流换热系数随管壁温度而变。接管与罐为同一种材料,它的热物理性能如下表所示:

          ANSYS 热分析指南 (3) - htbbzzg - htbbzzg的博客
 

求罐与接管的温度分布。


1  命令流方式:

  以下为 LOG 文件:

    /prep7

    /title,Steady-state thermal analysis of pipe junction

    /units,bin                                             ! 使用英制单位

    et,1,90                                                ! 定义热单元

    mp,dens,1,.285                                         ! 密度

    mptemp,,70,200,300,400,500                             ! 建立温度表

    mpdata,kxx,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12   ! 导热系数

    mpdata,c,1,,0.133,0.177,0.119,0.122,0.125                ! 比热   

    mpdata,hf,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144     ! 接管对流系数

    !定义几何模型参数

    ri1=1.3                                                  ! 罐内半径

    ro1=1.5                                                  ! 罐外半径

    z1=2                                                     ! 罐长

    ri2=0.4                                                  ! 接管内半径

    ro2=0.5                                                  ! 接管外半径

    z2=2                                                     ! 接管长

    !建立几何模型

    cylind,ri1,ro1,,z1,,90                                    ! 1/4罐体

    wprota,0,-90                               ! 将工作平面旋转到垂直于接管轴线

    cylind,ri2,ro2,,z2,-90                     ! 1/4接管

    wpstyl,defa                                ! 将工作平面恢复到默认状态

    vovlap,1,2                                 ! 进行OVERLAP布尔操作

    /pnum,volu,1                               ! 打开实体编号

    /view,,-3,-1,1                             ! 定义显示角度

    /type,,4

    /title, Volumes used in building pipe/tank junction

    vplot                                      ! 显示实体

    vdele,3,4,,1                               ! 删除多余实体

    !划分网格

    asel,,loc,z,z1                             ! 选择罐上Z=Z1的面

    asel,a,loc,y,0                             ! 添加选择罐上Y=0的面

    cm,aremote,area                            ! 创建名为AREMOTE的面组

    /pnum,area,1

    /pnum,line,1

    /title,lines showing the portion being modeled

    aplot

    /noerase

    lplot

    /erase

    accat,all                                  ! 组合罐远端的面及线,为映射划分网格作准备

    lccat,12,7

    lccat,10,5

    lesize,20,,,4                              ! 在接管壁厚方向分4等分

    lesize,40,,,6                              ! 在接管长度方向分6等分

    lesize,6,,,4                               ! 在罐壁厚方向分4等分

    allsel                                     ! 选择EVERYTHING

    esize,0.4                                  ! 设定默认的单元大小

    mshape,0,3d                                ! 选择3D映射网格

    mshkey,1                            

    save                                       ! 保存数据文件

    vmesh,all                                  ! 划分网格,产生节点与单元

    /pnum,defa

    /title, elements in portion being modeled

    eplot                                       ! 显示单元

    finish

    !加载求解

    /solu                                         

    antype,static                               ! 定义为稳态分析

    nropt,auto                                  ! 设置求解选项为Program-chosen

            ! Newton-Raphson

    tunif,450                                   ! 设定初始所有节点温度

    csys,1                                      ! 变为柱坐标

    nsel,s,loc,x,ri1                            ! 选择罐内表面的节点

    sf,all,conv,250/144,450                     ! 定义对流边界条件

    cmsel,,aremote                              ! 选择AREMOTE面组

    nsla,,1                                     ! 选择属于AREMOTE面组的节点

    d,all,temp,450                              ! 定义节点温度

    wprota,0,-90                                ! 将工作平面旋转到垂直于接管轴线      

    cswpla,11,1                                 ! 创建局部柱坐标

    nsel,s,loc,x,ri2                            ! 选择接管内壁的节点

    sf,all,conv,-2,100                          ! 定义对流边界条件   

    allsel                                      ! 选择EVERYTHING

    /pbc,temp,,1                                ! 显示所有温度约束

    /psf,conv,,2                                ! 显示所有对流边界

    /title,Boundary conditions

    nplot                                       ! 显示节点

    wpstyle,defa                                ! 工作平面恢复默认状态

    csys,0                                      ! 变为直角坐标

    autots,on                                   ! 打开自动步厂长

    nsubst,50                                   ! 设定子步数量   

    kbc,0                                       ! 设定为阶越

    outpr,nsol,last                             ! 设置输出

    solve                                       ! 进行求解

    finish

    !进入后处理

    /post1

    /title,Temperature contrours at pipe/tank junction

    plnsol,temp                                 ! 显示温度彩色云图

    finish

    /exit,all


2 GUI 方式

  菜单操作

  1、设定标题: Utility Menu > File > Change Title,输入 Steady-State analysis of pipe junction,选择 OK;

  2、说明使用的单位制在命令提示行输入 /UNITS,BIN;

  3、定义单元类型: Main Menu > Preprocesor > Element Type > Add/Edit/Delete,选择 Thermal Solid, Bricck 20 node 90 号单元

  4、定义材料属性

  (1) Main Menu > Preprocessor > Material Props > Constant > Isotropic,默认材料编号 1,在 DENSITY 框中输入 0.285;

  (2) Main Menu > Preprocessor > Material Props > Temp Dependent > Temp Table,输入温度 70,200,300,400,500;

  (3) Main Menu > Preprocessor > Material Props > Temp Dependent > Prop Table,选择导热系数 KXX,材料编号为 1,输入与温度表对应的导热系数 8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12,选择 APPLY;

  (4) 选择比热 C,材料编号为 1,输入 0.113,0.117,0.119,0.122,0.125,选择 APPLY;

  (5) 选择对流系数 HF,材料编号为 2,输入 426/144,405/144,352/144,275/144, 221/144,选择 OK

  5、定义几何模型参数:Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters,输入 ri1=1.3, ro1=1.5, z1=2, ri2=0.4, ro2=0.5, z2=2。

  6、建立几何模型

  (1) Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > By Dimensions, 在 Outer radius 框中输入 ro1,在 Optional inner radium 框中输入 ri1,在 Z coordinates 框中输入 和 Z1,在 Ending angle 框中输入 90;

  (2) Utility Menu > WorkPlane > Offset WP by Increments,在 XY,YZ,ZX 框中输入0,-90;

  (3) Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > By Dimensions;在 Outer radius 框中输入 ro2,在 Optional inner radium 框中输入 ri2,在 Z coordinates 框中输入 和 Z2,在 Starting angle 框中输入 -90,在 Ending angle 框中输入 0;

  (4) Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian

  7、进行布尔操作: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Overlap > Volumes,选择 Pick All

  8、观察几何模型

  (1) Utility Menu > PlotCtrls > Numbering,打开 volumes 的编号显示;

  (2) Utility Menu > PlotCtrls > View Direction, 在 Coords of view point 框中输入 -3,-1,1

  9、   删除多余实体 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Volume and Below,在命令输入行输入 3,4 回车;

  10、创建组 AREMOTE

  (1) Utility Menu > Select > Entities,选择 Area, By location, Z Coordinates, 在 Min, Max 框中输入 Z1,选择 APPLY;再:Y Coordinates, 在 Min, Max 框中输入 0, 点击 OK;

  (2) Utility Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component,在 Component name 框中输入 AREMOTE,  在 Components is made of 菜单中选择 AREA

  11、组合面及线

  (1) Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Mapped > Concatenate > Area,选择 Pick all

  (2) Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Mapped > Concatenate > Lines,在命令行中输入 12,7, 回车,选择 APPLY,在命令行中输入 10,5, 回车, 点击OK

  12、设定网格密度

  (1) Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > Picked Lines,选择线 和 20,点击 OK,在 No. of element divisions 框中输入 4, 点击 OK

  (2) Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > Picked Lines,选择线 40, 点击 OK,在 No. of element divisions 框中输入 6,点击 OK

  (3) Utility Menu > Select > Everything

  (4) Main Menu > Preprocessor> Meshing > Size Cntrls > Global > Size,在 element edge length框中输入0.4,OK

  13、划分网格: Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Mapped > 4 to 6 sides,选择 Pick All

  14、定义求解类型及选项

  (1) Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis,选择 Steady-State

  (2) Main Menu > Solution > Analysis Options,选择 Program-chosen

  15、施加对流载荷

  (1) Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical

  (2) Utility Menu > Select > Entities,选择 Nodes, By location, X,在 Min, Max 框中输入 ri1, 点击 OK

  (3) Main Menu > Solution > Loads > Apply > Thermal > Convection > On Nodes,选择 Pick All, 输入 250/144 及 450, 点击 OK

  16、在 AREMOTE 组上施加温度约束

  (1) Utility Menu > Select > Comp/Assembly > Select Comp/Assembly, 选 aremote;

  (2) Utility Menu > Select > Entities, 选择 Nodes, Attached to, On the Area all, 点击 OK

  (3) Main Menu > Solution > Loads > Apply > Thermal > Temperature > On Nodes,选择 Pick all,输入 45, 点击 OK

  17、施加与温度有关的对流边界条件

  (1) Utility Menu > WorkPlane > Offset WP by Increments,在 XY,YZ,ZX Angles 框中输入 0,-90, 点击 OK;

  (2) Utility Menu > WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At WP Origin, 在 Type of coordinate system 菜单中,选择 Cylindrical 1, 点击 OK

  (3) Utility Menu > Select Entities,选择 Nodes, By location, X, 在 Min, Max 框中输入 ri2, 点击 OK

  (4) Main Menu > Solution > Loads > Apply > Thermal > Convection > On Nodes,选择 Pick All,在 Film coefficient 框中输入 -2,在 Bulk temperature 框中输入100, 点击 OK;

  (5) Utility Menu > Select > Everything

  (6) Utility Menu > PlotCtrls > Symbols,在 Show pres and convect as 菜单中选择 Arrow, 点击 OK;

  (7) Utility Menu > Plot > Nodes

  18、恢复工作平面及坐标系统

  (1) Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian

  (2) Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian

  19、设定载荷步选项:

    Main Menu > Solution > Load Step Options > Time/Frequenc > Time and Substeps,在 Number of substeps 框中输入 50,设置 Automatic time stepping 为 On

  20、求解: Main Menu > Solution > Solve > Current LS

  21、显示温度分布彩色云图:  Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu, 选择 Temperature TEMP


ANSYS Verification Manual》中关于稳态热分析的实例:

 

VM58     Centerline temperature of a heat generating wire

VM92     Insulted wall temperature

VM93     Temperature dependent conductivity

VM94     Heat generating plate

VM95     Heat transfer from a cooling spine

VM96     Temperature distribution in a short solid cylinder

VM97     Temperature distribution along a straight fin

VM98     Temperature distribution along a tapered fin

VM99     Temperature distribution in a trapezoidal fin

VM100    Heat conductivity across a chimney section

VM101    Temperature distribution in a short solid cylinder

VM102    Cylinder with temperature dependent conductivity

VM103    Thin plate with a central heat source

VM105    Heat generation coil with temperature dependent conductivity

VM108    Temperature gradient across a solid cylinder

VM118    Centerline temperature of a heat generating wire

VM160    Solid cylinder with harmonic temperature load

VM161    Heat flow from a insulated pipe

VM162    Cooling of a circular fin of rectangular profile

VM193    Adaptive analysis of two-dimensional heat transfer with convection

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