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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 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、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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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 。 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。 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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