ANSYS传热分析实例汇总
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实例1:某一潜水艇可以简化为一圆筒,它由三层组成,最外面一层为不锈钢,中间为玻纤隔热层,最里面为铝层,筒内为空气,筒外为海水,求内外壁面温度及温度分布。
几何参数: 筒外径30 feet总壁厚 2 inch不锈钢层壁厚0、75 inch玻纤层壁厚 1 inch铝层壁厚0、25 inch筒长200 feet导热系数不锈钢8、27 BTU/hr、ft、o F玻纤0、028 BTU/hr、ft、o F铝117、4 BTU/hr、ft、o F边界条件空气温度70 o F海水温度44、5 o F空气对流系数2、5 BTU/hr、ft2、o F海水对流系数80 BTU/hr、ft2、o F沿垂直于圆筒轴线作横截面,得到一圆环,取其中1度进行分析,如图示。
以下分别列出log文件与菜单文件。
/, Steady1/title, Steady-state thermal analysis of submarine/units, BFTRo=15 !外径(ft)Rss=15-(0、75/12) !不锈钢层内径ft)Rins=15-(1、75/12) !玻璃纤维层内径(ft)Ral=15-(2/12) !铝层内径(ft)Tair=70 !潜水艇内空气温度Tsea=44、5 !海水温度Kss=8、27 !不锈钢的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Kins=0、028 !玻璃纤维的导热系数(BTU/hr、ft、oF) Kal=117、4 !铝的导热系数(BTU/hr、ft、oF)Hair=2、5 !空气的对流系数(BTU/hr、ft2、oF) Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr、ft2、oF)/prep7et,1,plane55 !定义二维热单元mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数mp,kxx,3,Kal !设定铝的导热系数pcirc,Ro,Rss,-0、5,0、5 !创建几何模型pcirc,Rss,Rins,-0、5,0、5pcirc,Rins,Ral,-0、5,0、5aglue,allnumcmp,arealesize,1,,,16 !设定划分网格密度lesize,4,,,4lesize,14,,,5lesize,16,,,2eshape,2 !设定为映射网格划分mat,1amesh,1mat,2amesh,2mat,3amesh,3/SOLUSFL,11,CONV,HAIR,,TAIR !施加空气对流边界SFL,1,CONV,HSEA,,TSEA !施加海水对流边界SOLVE/POST1PLNSOL ！输出温度彩色云图finish菜单操作:1.U tility Menu> jobename, 输入Steady1;2.U tility Menu> title,输入Steady-state thermal analysis of submarine;3.在命令行输入:/units, BFT;4.M ain Menu: Preprocessor;5.M ain Menu: Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,选择PLANE55;6.M ain Menu: Preprocessor>Material Prop>-Constant-Isotropic,默认材料编号为1,在KXX框中输入8、27,选择APPL Y,输入材料编号为2,在KXX框中输入0、028,选择APPL Y,输入材料编号为3,在KXX框中输入117、4;7.M ain Menu: Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas-Circle>By Dimensions ,在RAD1中输入15,在RAD2中输入15-(、75/12),在THERA1中输入-0、5,在THERA2中输入0、5,选择APPL Y,在RAD1中输入15-(、75/12),在RAD2中输入15-(1、75/12),选择APPL Y,在RAD1中输入15-(1、75/12),在RAD2中输入15-2/12,选择OK;8.M ain Menu: Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleane->Glue>Area,选择PICK ALL;9.M ain Menu: Preprocessor>-Meshing-Size Contrls>-Lines-Picked Lines,选择不锈钢层短边,在NDIV框中输入4,选择APPL Y,选择玻璃纤维层的短边,在NDIV框中输入5,选择APPL Y,选择铝层的短边,在NDIV框中输入2,选择APPL Y,选择四个长边,在NDIV中输入16; 10.Main Menu: Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Area,选择不锈钢层,在MAT框中输入1,选择APPL Y,选择玻璃纤维层,在MA T框中输入2,选择APPL Y,选择铝层,在MAT框中输入3,选择OK;11.Main Menu: Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>3 or 4 sided,选择PICK ALL;12.Main Menu: Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Convection>On lines,选择不锈钢外壁,在V ALI框中输入80,在V AL2I框中输入44、5,选择APPL Y,选择铝层内壁,在V ALI框中输入2、5,在V AL2I框中输入70,选择OK;13.Main Menu: Solution>-Solve-Current LS;14.Main Menu: General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu,选择Temperature。
对流换热系数定义:流体与固体表面之间的换热能力,比如说,物体表面与附近空气温差1℃,单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。
单位为W/(m^2·℃)。
表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位、表面与流体之间的温差以及流体的流速等都有密切关系。
物体表面附近的流体的流速愈大,其表面对流换热系数也愈大。
如人处在风速较大的环境中,由于皮肤表面的对流换热系数较大,其散热(或吸热)量也较大。
对流换热系数可用经验公式计算,通常用巴兹公式计算。
的大致量级:空气自然对流 5 ～25 ,气体强制对流 20 ～100。
实例2:一钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图所示:砂模的热物理性能如下表所示:铸钢的热物理性能如下表所示:初始条件:铸钢的温度为2875o F,砂模的温度为80o F;砂模外边界的对流边界条件:对流系数0、014Btu/hr、in2、o F,空气温度80o F; 求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。
/Title, Casting Solidification!进入前处理/prep7et,1,plane55 ！定义单元mp,dens,1,0、254 ！定义砂模热性能mp,kxx,1,0、025mp,c,1,0、28mptemp,1,0,2643,2750,2875 ！定义铸钢的热性能mpdata,kxx,2,1、44,1、54,1、22,1、22mpdata,enth,2,0,128、1,163、8,174、2mpplot,kxx,2mpplot,enth,2save！创建几何模型k,1,0,0,0k,2,22,0,0k,3,10,12,0k,4,0,12,0/pnum,kp,1/pnum,line,1/pnum,area,1/Triad,ltopkplota,1,2,3,4saverectng,4,22,4,8aplotaovlap,alladele,3aplotsave！划分网格esize,1amesh,5mat,2aplotamesh,4eplot/pnum,elem/number,1save！进入加载求解/SOLUantype,trans ！设定为瞬态分析esel,s,mat,,2 ！设定铸钢的初始温度nsle,s/replotic,all,temp,2875esel,inve ！设定砂模的初始温度nsle,s/replotic,all,temp,80allselsavelplotsfl,1,CONV,0、014,,80 ！设定砂模外边界对流sfl,3,CONV,0、014,,80sfl,4,CONV,0、014,,80/psf,conv,2time,3 ！设定瞬态分析时间kbc,1 ！设定为阶越的载荷autots,on ！打开自动时间步长deltim,0、01,0、001,0、25 ！设定时间步长timint,on ！打开时间积分tintp,,,,1 ！将THETA设定为1outres,all,all ！输入每个子步的结果solve！进入后处理/post26/pnum,node,1/number,0eplotnsol,2,204,temp,center ！设定铸钢中心点温度随时间的变量plvar,2 ！绘制温度～时间曲线savefinish菜单操作:1.Utility Menu> Title, 输入Casting Solidification;2.定义单元类型:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, Add, Quad 4node55;3.定义砂模热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic, 默认材料编号1, 在Density(DENS)框中输入0、054, 在Thermal conductivity (KXX)框中输入0、025, 在Specific heat(C)框中输入0、28;4.定义铸钢热性能温度表:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent->TempTable, 输入T1=0,T2=2643, T3=2750, T4=2875;5.定义铸钢热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent ->Prop Table,选择Th Conductivity,选择KXX, 输入材料编号2,输入C1=1、44, C2=1、54, C3=1、22, C4=1、22,选择Apply, 选择Enthalpy,输入C1=0, C2=128、1, C3=163、8, C4=174、2;6.创建关键点:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>Keypoints>In Active CS,输入关键点编号1,输入坐标0,0,0, 输入关键点编号2, 输入坐标22,0,0, 输入关键点编号3, 输入坐标10,12,0, 输入关键点编号4, 输入坐标0,12,0;7.创建几何模型:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Arbitrary>ThroughKPs,顺序选取关键点1,2,3,4;8.Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Rectangle>By Dimension,输入X1=4,X2=22,Y1=4,Y2=8;9.进行布尔操作:MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans->Overlap>Area,Pick all;10.删除多余面:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Delete>Area and Below,311.保存数据库:在Ansys Toolbar中选取SA VE_DB;12.定义单元大小:Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>-Global->Size, 在Element edge length框中输入1;13.对砂模划分网格:Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择砂模;14.对铸钢划分网格:Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define>Default Attribs, 在Material number菜单中选择2;15.Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择铸钢;16.定义分析类型:Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis, 选择Transient;17.选择铸钢上的节点:Utility Menu>Select>Entities, 选择element,mat,输入2,选择Apply,选择node, attached to element,选择OK;18.定义铸钢的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define, 选择Pick all,选择temp, 输入2875, OK;19.选择砂模上的节点:Utility Menu>Select>Entities,Nodes, inverse20.定义砂模的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define, 选择Pick all, 选择temp, 输入80, OK;21.Utility Menu>Select>Everything;22.Utility Menu>Plot>Lines;23.定义对流边界条件:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Converction>OnLines,选择砂模的三个边界1,3,4, 在框中输入80, 在Bulk temperature框中输入, 80; 24.设定瞬态分析时间选项:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time-Time Step,Time at end of load step 3Time Step size 0、01Stepped or ramped b、c、SteppedAutomatic time stepping onMinimun time Step size 0、001Maximum time step size 0、2525.设置输出:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>DB/Results File, 在frequency框中选择Every substep;26.求解:Main Menu>Solution>-Solve->Current LS;27.进入后处理: Main Menu>Timehist Postproc;28.定义铸钢中心节点的温度变量:Main Menu>Timehist Postproc>Define Variables, Add,Nodal DOF result,2,204;29.绘制节点温度随时间变化曲线:Main Menu>Timehist Postproc>Graph Variable,2。
