搜索ANSYS熱分析的經典實例（圓筒罐熱分析）
2017-03-03 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
一圓筒形的罐有一接管,罐外徑為3英尺,壁厚為0.2英尺,接管外徑為0.5英尺,壁厚為0.1英尺,罐與接管的軸線垂直且接管遠離罐的端部。如圖所示:
罐內流體溫度為華氏450度,與罐壁的對流換熱系數年為250BUT/hr-ft2-oF,接管內流體的溫度為華氏100度,與管壁的對流換熱系數隨管壁溫度而變。接管與罐為同一種材料,它的熱物理性能如下表所示:
|
溫度
|
70
|
200
|
300
|
400
|
500
|
oF
|
|
密度
|
0.285
|
0.285
|
0.285
|
0.285
|
0.285
|
lbm/in3
|
|
導熱系數
|
8.35
|
8.90
|
9.35
|
9.8
|
10.23
|
Btu/hr-ft-oF
|
|
比熱
|
0.113
|
0.117
|
0.119
|
0.122
|
0.125
|
Btu/lbm-oF
|
|
對流系數*
|
426
|
405
|
352
|
275
|
221
|
Btu/hr-ft2-oF
|
*接管內壁對流系數
求罐與接管的溫度分布。
以下分別列出LOG文件及菜單操作
/prep7
/title,Steady-state thermal analysis of pipe junction
/units,bin !使用英制單位
et,1,90 !定義熱單元
mp,dens,1,.285 !密度
mptemp,,70,200,300,400,500 !建立溫度表
mpdata,kxx,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 !導熱系數
mpdata,c,1,,0.133,0.177,0.119,0.122,0.125 !比熱
mpdata,hf,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 !接管對流系數
!定義幾何模型參數
ri1=1.3 !罐內半徑
ro1=1.5 !罐外半徑
z1=2 !罐長
ri2=0.4 !接管內半徑
ro2=0.5 !接管外半徑
z2=2 !接管長
!建立幾何模型
cylind,ri1,ro1,,z1,,90 !1/4罐體
wprota,0,-90 !將工作平面旋轉到垂直于接管軸線
cylind,ri2,ro2,,z2,-90 !1/4接管
wpstyl,defa !將工作平面恢復到默認狀態
vovlap,1,2 !進行OVERLAP布爾操作
/pnum,volu,1 !打開實體編號
/view,,-3,-1,1 !定義顯示角度
/type,,4
/title, Volumes used in building pipe/tank junction
vplot !顯示實體
vdele,3,4,,1 !刪除多余實體
!劃分網格
asel,,loc,z,z1 !選擇罐上Z=Z1的面
asel,a,loc,y,0 !添加選擇罐上Y=0的面
cm,aremote,area !創建名為AREMOTE的面組
/pnum,area,1
/pnum,line,1
/title,lines showing the portion being modeled
aplot
/noerase
lplot
/erase
accat,all !組合罐遠端的面及線,為映射劃分網
!格作準備
lccat,12,7
lccat,10,5
lesize,20,,,4 !在接管壁厚方向分4等分
lesize,40,,,6 !在接管長度方向分6等分
lesize,6,,,4 !在罐壁厚方向分4等分
allsel !選擇EVERYTHING
esize,0.4 !設定默認的單元大小
mshape,0,3d !選擇3D映射網格
mshkey,1
save !保存數據文件
vmesh,all !劃分網格,產生節點與單元
/pnum,defa
/title, elements in portion being modeled
eplot !顯示單元
finish
!加載求解
/solu
antype,static !定義為穩態分析
nropt,auto !設置求解選項為Program-chosen
!Newton-Raphson
tunif,450 !設定初始所有節點溫度
csys,1 !變為柱坐標
nsel,s,loc,x,ri1 !選擇罐內表面的節點
sf,all,conv,250/144,450 !定義對流邊界條件
cmsel,,aremote !選擇AREMOTE面組
nsla,,1 !選擇屬于AREMOTE面組的節點
d,all,temp,450 !定義節點溫度
wprota,0,-90 !將工作平面旋轉到垂直于接管軸線
cswpla,11,1 !創建局部柱坐標
nsel,s,loc,x,ri2 !選擇接管內壁的節點
sf,all,conv,-2,100 !定義對流邊界條件
allsel !選擇EVERYTHING
/pbc,temp,,1 !顯示所有溫度約束
/psf,conv,,2 !顯示所有對流邊界
/title,Boundary conditions
nplot !顯示節點
wpstyle,defa !工作平面恢復默認狀態
csys,0 !變為直角坐標
autots,on !打開自動步廠長
nsubst,50 !設定子步數量
kbc,0 !設定為階越
outpr,nsol,last !設置輸出
solve !進行求解
finish
!進入后處理
/post1
/title,Temperature contrours at pipe/tank junction
plnsol,temp !顯示溫度彩色云圖
finish
/exit,all
菜單操作
1、 設定標題:Utility Menu>File>Change Title,輸入Steady-State analysis of pipe junction,選擇OK;
2、 設定單位制:在命令提示行輸入/UNITS,BIN;
3、 定義單元類型:Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete,選擇Thermal Solid, Bricck 20 node 90號單元;
4、 定義材料屬性
(1) Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant->Isotropic,默認材料編號1,在DENSITY框中輸入0.285;
(2) Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent->Temp Table,輸入溫度70,200,300,400,500;
(3) Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent->Prop Table,選擇導熱系數KXX,材料編號為1,輸入與溫度表對應的導熱系數8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12,選擇APPLY;
(4) 選擇比熱C,材料編號為1,輸入0.113,0.117,0.119,0.122,0.125,選擇APPLY;
(5) 選擇對流系數HF,材料編號為2,輸入426/144,405/144,352/144,275/144, 221/144,選擇OK。
5、 定義幾何模型參數:Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters,輸入ri1=1.3,ro1=1.5,z1=2,ri2=0.4,ro2=0.5,z2=2;
6、 建立幾何模型
(1) Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>By
Dimensions, Outer radius框中輸入ro1,Optional inner radium框中輸入ri1,Z coordinates框中輸入0和Z1,Ending angle框中輸入90;
(2) Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments,在XY,YZ,ZX框中輸入0,-90;
(3) Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Volumes->Cylinder>By
Dimensions; Outer radius框中輸入ro2, Optional inner radium框中輸入ri2, Z coordinates框中輸入0和Z2,Starting angle框中輸入-90,Ending angle框中輸入0;
(4) Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian;
7、 進行布爾操作:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans->
Overlap >Volumes,選擇Pick All;
8、 觀察幾何模型
(1) Utility Menu>PlotCtrls>Numbering,打開volumes;
(2) Utility Menu>PlotCtrls>View Direction, 在Coords of view point框中輸入-3,-1,1;
9、 刪除多余實體Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Delete>Volume and Below,在命令輸入行輸入3,4回車;
10、 創建組AREMOTE
(1) Utility Menu>Select>Entities,選擇Area, By location, Z Coordinates, 在Min, Max框中輸入Z1,選擇APPLY,Y Coordinates, 在Min, Max框中輸入0,OK;
(2) Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component,在Component name框中輸入AREMOTE, 在Components is made of菜單中選擇AREA;
11、 組合面及線
(1) Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Volumes->Mapped>
-Concatenate->Area,選擇Pick all;
(2) Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Volumes->Mapped>
-Concatenate->Lines,在命令行中輸入12,7回車,選擇APPLY,在命令行中輸入10,5回車,OK;
12、 設定網格密度
(1) Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>Picked Lines,選擇線6和20,OK,在No. of element divisions框中輸入4,OK;
(2) Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>Picked Lines,選擇線40,OK,在No. of element divisions框中輸入6,OK;
(3) Utility Menu>Select>Everything;
(4) Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>-Global->Size,在element edge length框中輸入0.4,OK;
13、 劃分網格:Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Volumes->Mapped>4 to 6 sides,選擇Pick All;
14、 定義求解類型及選項
(1) Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis,選擇Steady-State;
(2) Main Menu>Solution>-Analysis Options,選擇Program-chosen;
15、 施加對流載荷
(1) Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cylindrical;
(2) Utility Menu>Select>Entities,選擇Nodes, By location, X,在Min, Max框中輸入ri1,OK;
(3) Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Convection>On Nodes,選擇Pick All, 輸入250/144及450,OK;
16、 在AREMOTE組上施加溫度約束
(1) Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Select Comp/Assembly,選aremote;
(2) Utility Menu>Select>Entities,選擇Nodes, Attached to, On the Area all, OK;
(3) Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes,選擇Pick all,輸入45,OK;
17、 施加與溫度有關的對流邊界條件
(1) Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments,在XY,YZ,ZX Angles框中輸入0,-90,OK;
(2) Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin,在Type of coordinate system菜單中,選擇Cylindrical 1,OK;
(3) Utility Menu>Select Entities,選擇Nodes, By location, X, 在Min, Max框中輸入ri2,OK;
(4) Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Convection>On Nodes,選擇Pick All,在Film coefficient框中輸入-2,在Bulk temperature框中輸入100,OK;
(5) Utility Menu>Select>Everything;
(6) Utility Menu>PlotCtrls>Symbols,在Show pres and convect as菜單中選擇Arrow, OK;
(7) Utility Menu>Plot>Nodes;
18、 恢復工作平面及坐標系統
(1) Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cartesian;
(2) Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian;
19、 設定載荷步選項:
Main Menu>Solution>-Load Step Options->Time/Frequenc>Time and Substeps,在Number of substeps框中輸入50,設置Automatic time stepping為On;
20、 求解:Main Menu>Solution>-Solve->Current LS
21、 顯示溫度分布彩色云圖: Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot->Nodal Solu,選擇Temperature TEMP。
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