ANSYS WORKBENCH 热分析模块功能水杯模型案例

更新时间:2019-08-13      

  此案了使用一个铜合金材料的水杯模型,在内表面施加100℃的温度载荷在外表面施加对流传热系数来模拟一下当水杯装满热水时候的温度以及热流分布状况以演示AMSYS WORKBENCH 热分析模块的基本操作过程。

  图标。然后在Engineering Data Sources项目中单击A3项General Materials(一般材料)→单击Outline of General Materials中的A7项 Copper Alloy(铜合金)中的B7项的

  (1)双击项目A3项 Geometry(模型)进入DM模块来导入我们需要分析的模型。如图-3所示。手机报码开奖结果

  (1)双击项目文件A4项 Model(网格)。如图-7所示。打开的模型如图-8所示。

  (2)我们先使用程序自动划分网格,通过查看网格质量再决定是否进行网格控制。单击Outline(分析树)→Mesh(网格)→单击Update(刷新网格)。如图-9所示。

  (3)稍等几分钟后程序完成了网格的划分。如图-10所示。通过观察可知网格较为粗大且不够规则,这样就需要进行适当的网格控制操作。

  注意:虽然说对于曲面类型模型此网格控制会生成较好的网格,但也会耗费大量时间并且生成的网格数量也远远大于自动划分(有时会多10倍)。如计算机配置不够或模型过于复杂,不建议经常使用此方法。刷新后的网格如图-12所示。

  (6)继续查看Details of “Mesh”(网格的详细信息)在其最下面的Statistics(统计)中可以看出节点数量为884310个,单元数为578823个。如图-13所示。

  (1)首先在杯子内表面定义100℃的表面温度来模拟杯子装满热水时候的温度荷载。单击

  Steady-State Thermal(稳态热分析)A5→单击Temperature(温度)→回到模型空间按住键盘上的Ctrl键然后鼠标分别单击杯子内部的所有表面,直到全部需要添加温度荷载的表面都被选成绿色为止。然后回到Details of “Temperature”(温度荷载的详细信息)在Magnitude(数量)后输入100。→然后单击Geometry(模型)旁边的Apply(确定)。完成对内表面的定义。如图-14所示。图-15标示了当温度荷载设定完毕后的情况。模型红色面为设定了100℃的面。

  (2)单击Convection(传热)→用同上方法再选择杯子外部的全部面→在Details of “Convection”(传热的详细信息)里面Film Coefficient(膜传热系数)输入0.02W/mm2来模拟控制在自然对流时候的外表面对流膜传热系数。如图-16所示。

  注意:输入的0.02W/mm2为粗略估计值,实际空气侧自然对流膜传热系数一般而言在0.01~0.1 W/mm2之间,具体问题需要参考《传热学》等资料具体计算。

  (3)图-17显示了设定完传热系数荷载后的模型,其中红**域为被定义的面。

  注意:稳态热分析中由于需要运算的参数相对较少,我们可以分析比其他模块分析项目更多的网格或者说同样网格,热分析所耗费的时间更少。

  (2)结果后处理。单击Thermal(热分析)→分别单击Temperature(温度)以及Total Heat Flux(全部的热流量)。如图-18所示。然后单击

  (3)图-19显示了热流的结果。根据结果显示在杯子外延100℃与外界热交换膜传热系数交接的地方是热流最大区域,最大值为15.61W/mm2。

  (4)图-20显示了杯子的温度分布状况。可以看到杯子外部中间附近的温度在70度左右。这说明如果这时候我们用手握住杯子还是非常烫手的。

  (5)单击Worksheet(数据表)拉到最下面可以看见在Elapsed Time(总用时)是175秒。一个57万网格的热分析仅仅用了3分钟就完成了分析,如果这是用样网格的静力分析也许需要半个小时。

  (6)这里介绍一下以前没有介绍过的切片功能。其在后处理中可以方便的查看模型一小部分的结果。

  在程序界面的最下方,单击Section Planes(切割面)图标。如图-22所示。

  (7)为了更好的显示切片功能,我们先尝试将模型从中间切开,查看模型内部实体的温度分布状况。

  (8)模型旋转过来后如图-24所示。首先单击切面图表然后在模型左边中间位置单击鼠标并向右方拖动鼠标,这时程序会自动出现切割线当切割线长度超过模型杯口的时候松开鼠标。

  注意:设定切割面的时候不同的切割方向模型被保留的部分也是不一样的,像此次操作向右切割保留的是切线相对右边的部分的模型。

  (9)图-25显示了切割后的模型。这时在切线垂直位置会自动出现一根短线,其中间有个红色的方块,用鼠标单击其红色方块上下拖动我们可以设定切割的深度,在满意后放开鼠标完成切片操作。

  (9)旋转坐标。单击系统坐标轴中间的青色小球就可以将模型旋转到ISO(国际标准)显示模式。如图-26所示。

  (10)图-27显示了旋转后的模型。此时如果鼠标接近切面位置也会再次出现调整切面深度的红框。

  (11)我们也可以删除剖切线。单击Section Planes(切割面)下面的(Slice Plane)切割面然后单击上面的红叉。如图-28所示。

  (2)回到项目管理区。单击File(文件)→Save(保存)→Exit(退出)。保存项目文件并退出ANSYS WORKBENCH 14.0 。完成此次热分析。如图-31所示。


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