搜索ABAQUS聯(lián)合仿真分析案例——流體與熱傳導(dǎo)耦合分析【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-04-20 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
本文主要通過CFD與熱傳導(dǎo)耦合的例子介紹Abaqus聯(lián)合仿真(Co-simulation)的操作流程。
一、案例問題描述
水流持續(xù)流入一段50m長(zhǎng)的金屬管,,入口進(jìn)行100℃的加溫,入口速度為20m/s,水與金屬管的初始溫度均為23攝氏度,查看流體與管壁的溫度變化。
二、案例分析
案例涉及到流體水、固體金屬管,分析目標(biāo)為二者的溫度變化,我們會(huì)想到CFD、熱傳導(dǎo)、耦合分析和Abaqus的聯(lián)合仿真,展示案例忽略重力作用。
三、聯(lián)合仿真流程簡(jiǎn)介
聯(lián)合仿真流程如下圖所示,基本可概括為分別建立相互耦合的獨(dú)立模型(例如Standard&Exolicit Model 和CFD Model,建立過程跟非耦合分析一樣),然后創(chuàng)建聯(lián)合執(zhí)行任務(wù),設(shè)定耦合區(qū)域,然后提交運(yùn)算即可。值得注意的是,在兩種模型創(chuàng)建部件時(shí)或者建立裝配體過程中要依靠尺寸和坐標(biāo)位置達(dá)到兩種模型部件的裝配效果。
三、具體操作流程
1)創(chuàng)建金屬管的熱傳導(dǎo)仿真分析模型。
點(diǎn)擊Abaqus CAE的桌面圖標(biāo),在start session對(duì)話框選擇 With Standard/Explicit Model,將文件名改為“heat-transfer”。
創(chuàng)建金屬管部件,內(nèi)徑4.8m、外徑5m、長(zhǎng)度50m,如下如
設(shè)定材料屬性,本文選擇Q345鋼材質(zhì),密度7850kg/m3、熱傳導(dǎo)系數(shù)44W/(m·K)、比熱容460J(kg·K)。
創(chuàng)建此分析模型裝配體,如下圖
劃分網(wǎng)格,選擇六面體單元DC3D8、Medial axis方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分
創(chuàng)建熱傳導(dǎo)分析步,保持默認(rèn)設(shè)置,結(jié)果如下圖。
創(chuàng)界邊界條件,切換到Load模塊下,熱傳導(dǎo)分析沒有邊界及載荷的設(shè)定,只對(duì)金屬管進(jìn)行初始溫度23℃的設(shè)定。
2)創(chuàng)建CFD仿真分析模型。
在模型樹下,雙擊Models,彈出的編輯模型參數(shù)對(duì)話框,輸入模型名稱,選擇CFD模型類型,點(diǎn)擊OK。
創(chuàng)建流體部件,直徑4.8m、長(zhǎng)度50m,其實(shí)中心坐標(biāo)與金屬管部件一致。如下如
設(shè)定材料屬性,本文選擇水材質(zhì),密度1000kg/m3、熱傳導(dǎo)系數(shù)0.6W/(m·K)、比熱容4200J(kg·K)、粘度0.1Pa·s。
創(chuàng)建分析模型裝配體
劃分網(wǎng)格,一般為了提高耦合區(qū)域分析精度,查看耦合界面結(jié)果我們對(duì)流體邊界面進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化,因abaqus自動(dòng)生產(chǎn)流體面邊界網(wǎng)格不支持六面體單元,我們是用分割工具對(duì)流體部件進(jìn)行實(shí)體分割,(具體方法可參照之前文章《ABAQUS基本模塊介紹(1)——Mesh Module》),選擇六面體單元FC3D8、Medial axis方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分,結(jié)果如下
創(chuàng)建流動(dòng)分析步,能量方程點(diǎn)選Temperature,保持默認(rèn)設(shè)置點(diǎn)擊OK,結(jié)果如下圖。
創(chuàng)界邊界條件,切換到Load模塊下,設(shè)定邊界條件:入口速度20m/s、溫度100℃,出口壓力0。
進(jìn)行預(yù)定義場(chǎng)設(shè)定,湍流運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)、流體熱能,具體如下
3)創(chuàng)建聯(lián)合執(zhí)行任務(wù)。
切換到Job Module,點(diǎn)擊
在模型樹下,可找到建立的聯(lián)合執(zhí)行任務(wù),如下所示
4)提交任務(wù),進(jìn)行分析,并監(jiān)測(cè)分析過程。
點(diǎn)擊
在模型樹下右鍵點(diǎn)擊聯(lián)合仿真的一個(gè)任務(wù),點(diǎn)擊Monitor,彈出任務(wù)分析監(jiān)測(cè)對(duì)話框,可查看任務(wù)分析過程的信息。
5)結(jié)果后處理
分析完成后,點(diǎn)擊Result,跳入Visualization模塊,可選擇溫度N11,Co-execution-1-heat-transfer.odb,選擇剖視圖查看溫度云圖。
切換Co-execution-1-CFD-tem.odb,查看流體溫度變化
動(dòng)畫如下:
流體部分
金屬管部分
本文重在介紹Abaqus聯(lián)合仿真(Co-simulation)的操作流程,建模精度不在考慮范圍內(nèi),湍流部分設(shè)定只作為查看考,如何建立準(zhǔn)確的湍流模型,需要讀者結(jié)合上篇《ABAQUS/CFD基簡(jiǎn)單知識(shí)與案例》及其專業(yè)知識(shí)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)和研究。
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