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[CFD及热分析] Ansys的稳态热分析!

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发表于 2016-5-20 10:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一、问题描述
•    热气体的温度是600 °F。内部的对流热交换系数是0.40 BTU/hr-in2-°F。
•    外部大气温度是100 °F。外部的对流热交换系数为0.025 BTU/hr-in2-°F。
•    每个肋骨端部热流为 -20 BTU/in2 。
分析目标:
•    分析其中最小的循环部分,要求得到如下结果:   
1) 温度场分布。
2) 肋骨上下端面的对流热耗散
1.png
二、步骤
1、建立有限元模型
本例题实体模型关于轴对称,建模时可利用平面单元建模,在单元属性选项设置成轴对称,选用Plane55平面单元和surf151表面效应单元建立模型。
2.png
3.png
2、生成表面效应单元
生成定义SURF151需要的“附加结点”,选择结点号1000, 比其他任意结点号码都大,以使得“附加” 结点容易辨认。生成表面效应单元。
4.png
3、施加载荷和边界条件
热流施加在例题的叶片顶端;作为线上的实体模型载荷施加。
5.png
管和叶片外表面施加对流。这里,对流载荷施加在几何模型上。
6.png
4、在内径表面效应单元上施加对流载荷。
注:由于这些单元覆盖载PLANE55单元上,如果将表面效应单元从模型中分离出来,在施加载荷时会容易一些。使用选择技术选出所有2号单元,然后点击 “OK”。列出单元可以检查所有的平面效果单元(类型2)都被选中。
7.png
将均匀对流载荷直接施加在表面效应单元上,将均匀对流载荷直接施加在表面效应单元上。
8.png
9.png
10.png
5、求解及结果分析
绘制结果云图时,可以选择节点或单元数据:
节点DOF 结果是求得的节点温度数值。温度云图在单元边界上是连续的。
单元梯度/热流结果 是由温度求解(如热流的x分量)推导的项。这些数据先由单元积分点计算并在单元节点上插值。由于这些数据是基于单元计算的,没有在公共节点上平均,这些项目的云图通常是不连续的。
节点梯度/热流结果 是在公共节点平均的单元项。因为在每个节点上只有一个平均值 (象节点DOF解), 节点数值的云图显示是连续的。
在通用求解器下的结果显示如下。
11.png
12.png
13.png
14.png
15.png
16.png
17.png
18.png
6、结果分析
下面,我们使用两种不同的方法检查结果。首先,我们得到管/叶片面和周围流体的热流损失。然后我们检查从内部管面流入的热。这些数值应该是相等的。
定义单元表收集数据,定义ETABLE项目,使用序列号码。收集所有PLANE55单元所有面上的数据,列出所有结果数据的总和。
19.png
ETABLE元素总和表示PLANE55单元对流带来的热消耗。 将叶片尖端的热损失相加,结果应等于从管内径输入系统的热。
Sum=32.0515+175.856=207.9075
要计算叶片尖端的热损失,计算面积并乘以热流密度数值:
Surfacearea=2πrh=(2) π(4)(0.125)=3.14159
3.14159×HeatFlut=3.14159×20=62.8318
外表面总的热损失 = 对流损失 + 热流损失
所以,总得热量损失:
TotalHeatLoss=207.91+62.83=270.74
然后,我们将平面效果单元附加节点的响应结果与之比较。
这里,显示节点1000(平面效果单元定义时的附加节点)的响应结果 。
20.png
现在,使用两种方法比较结果:
1.)  ETABLE (对于对流) + 热流数值 = 270.74
2.)  附加节点响应结果 = 270.74
结果与预期的一致。
7、生成模型外表面温度随距离变化的函数图形。
选择3 顶点定义路径,选择温度映射到路径上。注意在单元平均结果选项打开; 数据命名为 “toptemp”,选择要绘制的项目,生成 “toptemp”数据图形。
21.png
8、命令流
/Title,stltube
!进入前处理
/PREP7
ET,1,PLANE55  !定义单元
ET,2,SURF151
KEYOPT,1,1,0  !定义单元属性
KEYOPT,1,3,1
KEYOPT,1,4,0
KEYOPT,1,8,0
KEYOPT,1,9,0
KEYOPT,2,1,0
KEYOPT,2,2,0
KEYOPT,2,3,1
KEYOPT,2,4,1
KEYOPT,2,5,1
KEYOPT,2,6,0
KEYOPT,2,7,0
KEYOPT,2,8,2
KEYOPT,2,9,0
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,KXX,1,,0.75    !定义热传导率
RECTNG,2,2.5,0,0.375,  !创建几何模型
RECTNG,2,4,0,0.125,
FLST,2,2,5,ORDE,2  
FITEM,2,1  
FITEM,2,-2
AOVLAP,P51X
TYPE,   1  
MAT,       1
REAL,  
ESYS,       0  
SECNUM,
!划分单元网格
ESIZE,0.06,0,  
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
!*
FLST,5,3,5,ORDE,2  
FITEM,5,3  
FITEM,5,-5
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'  
CMSEL,S,_Y
!*
AMESH,_Y1  
!*
CMDELE,_Y  
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
TYPE,   2  
MAT,       1
REAL,  
ESYS,       0  
SECNUM,
!*
N,1000,1,0.25,,,,,
FLST,5,9,1,ORDE,7  
FITEM,5,1  
FITEM,5,14
FITEM,5,23
FITEM,5,-24
FITEM,5,46
FITEM,5,55
FITEM,5,-58
CM,_Y,node
NSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,node
CMSEL,,_Y  
!*
CMSEL,,_Y1
ESURF,1000
CMSEL,,_Y  
CMDELE,_Y  
CMDELE,_Y1
!*
FINISH
/SOL
!*
ANTYPE,0
LPLOT  
FLST,2,1,4,ORDE,1  
FITEM,2,6  
!*
SFL,P51X,HFLUX,-20,
FLST,2,2,4,ORDE,2  
FITEM,2,12
FITEM,2,15
!*
SFL,P51X,CONV,0.025, ,100,
ESEL,S,TYPE,,2
FLST,5,8,2,ORDE,2  
FITEM,5,148
FITEM,5,-155
CM,_Y,ELEM
ESEL, , , ,P51X
CM,_Y1,ELEM
CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y  
!*
SFE,_Y1,_Z4,CONV, ,0.4
SFE,_Y1,_Z4,CONV,2,
CMDELE,_Y1
!*
NPLOT  
FLST,2,1,1,ORDE,1  
FITEM,2,1000
!*
D,P51X, ,600, , , ,TEMP, , , , ,
ALLSEL,ALL
SOLVE  
FINISH
!进入后处理
/POST1
PLNSOL, TEMP,, 0
ESEL,S,TYPE,,1
PLNSOL, TF,SUM, 0  
PLNSOL, TG,SUM, 0


来源:CAE技术联盟

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