有限元等軸同心圓柱體的輻射傳熱

1、有限元等軸同心圓柱體的輻射傳熱一.問題描述 有兩個等長度的同軸長圓柱體，其橫截面如圖所示，內(nèi)外圓柱體的初始溫度分別為1000度，100度，兩者之間的輻射率為1，兩圓柱體的材料性能參數(shù)如表所示，求兩圓柱體間的輻射熱流率（途中長度單位為mm）。問題分析：該問題屬于熱輻射問題。由于兩個圓柱體足夠長，在計算過程中忽略端部輻射損失，將問題簡化為平面?？紤]到整個輻射過程為封閉系統(tǒng)，不需要設置空間節(jié)點，在計算過程中使用AUX12輻射矩陣生成器。選擇PLANE55熱分析單元進行分析求解。2. 求解步驟第一步：建立工作文件名和工作標題。 （1）GUI:Utility MenuFileChange Jobname

2、。 在彈出的對話框中輸入工作文件名1111，單擊ok按鈕關閉對話框。 （2）GUI：Utility MenuFileChange Title命令。在彈出的對話框中輸入6666，單擊ok按鈕關閉對話框。 （3）GUI: Main MenuPreferences。在彈出的對話框，選擇Thermal復選框，單擊OK按鈕，關閉對話框。第二步：定義單元類型 GUI：Main MenuPreprocessorElements TypeAdd/Edit/Delete在出現(xiàn)的對話框，單擊Add，出現(xiàn)Library of E，lements Types。在此該對話框中分別選擇Thermal Solid，Quad

3、 4 node 55選項，在文本框里邊輸入1，按照下圖進行設置，單擊ok按鈕，關閉對話框。單擊close按鈕，關閉對話框。第三步：定義材料性能參數(shù) GUI:Main MenuPreprocessorMaterials PropsMaterial Models。1. 在出現(xiàn)的Material Models Available對話框依次點擊Thermal，Conductivity，Isotropic，選項，出現(xiàn)對話框，在KXX中輸入圓柱體1的導熱系數(shù)70，單擊ok按鈕，關閉對話框。2.在Material Models Available，單擊Density選項，在DENS文本框中輸入圓柱體1的密度

4、7800，單擊ok按鈕，關閉對話框。3. 在Material Models Available對話框，點擊Specific Heat選項，在出現(xiàn)的對話框中C文本框輸入圓柱體1的比熱480，單擊ok按鈕，關閉對話框。 4. 在Define Material Model Behavior單擊 Material/New Model命令出現(xiàn)對話框，住Define Main ID文本框輸入2，單擊ok關閉該對話框。5. 在Material Models Available 列表框雙擊Isotropic選項，在出現(xiàn)的對話框里的KXX文本框輸入圓柱體2的導熱系數(shù)30，單擊ok按鈕關閉對話框。6. 在Mate

5、rial Models Available列表中選取Density選項，出現(xiàn)Density for Material Number 2對話框，在DENS文本框輸入圓柱體2的密度2700，單擊OK按鈕關閉對話框。7. 在Material Models Available列表雙擊Specific Heat 選項，在出現(xiàn)對話框的文本框C中輸入圓柱體2的比熱350，單擊ok按鈕關閉對話框。8. 在Define Material Model Behavior對話框選取MaterialExit命令，關閉對話框。第四步：創(chuàng)建幾何模型，劃分網(wǎng)格 GUI:Main MenuPreprocessorModelin

6、gCreateAreasCirclePartial Annulus 1.出現(xiàn)的對話框，在WPX文本框輸入0，在WPY文本框中輸入0，在Rad-1輸入0.1，在Theta-1輸入0，在Rad-2輸入0.2，在Thets-2輸入90. 2.單擊Apply，在WPX文本框輸入0，在WPY文本框中輸入0，Rad-1輸入0.4，在Theta-1輸入0，在Rad-2輸入0.5，在Thets-2輸入90.單擊ok關閉按鈕。3. 選擇Utility MenuFileChange Title命令，在文本框輸入GEOMETRIC MODEL,單擊ok按鈕關閉對話框。4. 選擇Utility MenuPlotAre

7、as命令，將出現(xiàn)下圖所示。5. 選擇Utility MenuPlotCtrlsNumbering命令，在彈出的對話框選擇Line numbers選項，使其狀態(tài)有off變成on，其余選項默認，單擊ok按鈕關閉對話框。6. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出現(xiàn)菜單Element Size on中輸入2，4，單擊ok按鈕，出現(xiàn)Element Size on Picked Lines對話框，按其設置，單擊ok按鈕關閉對話框。7. GUI:Main MenuPreprocessorMeshin

8、gSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出現(xiàn)菜單Element Size on的文本框輸入1，3，單擊ok按鈕，出現(xiàn)對話框Element Size on Picked Lines，在NDIV輸入10，單擊ok按鈕關閉對話框。8. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出現(xiàn)對話框Element Size on的文本框輸入6，8，單擊ok按鈕，在出現(xiàn)對話框Element Size on Picked Lines對話框，在NDIV文本框輸入6，單擊ok按

9、鈕關閉對話框。9. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出現(xiàn)對話框Element Size on的文本框輸入5.7，單擊ok按鈕，在出現(xiàn)對話框Element Size on Picked Lines對話框，在NDIV文本框輸入30，單擊ok按鈕關閉對話框。10. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool命令出現(xiàn)MeshTool對話框，在Mesh下拉列表選擇Areas選項，在Shape選項中選中Quad和Mapped單選按鈕，單擊Mesh按鈕，出現(xiàn)M

10、esh Areas菜單，在文本框輸入1，單擊ok關閉菜單。11. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingMesh Attribute命令出現(xiàn)Meshing Attribute對話框，在【MAT】Material number下拉列表選中2，其余默認，單擊ok按鈕關閉對話框。12. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool出現(xiàn)MeshTool對話框，單擊Mesh按鈕，出現(xiàn)Mesh Areas菜單，在文本框輸入2，單擊ok關閉菜單。13. 單擊MeshTool對話框中的close按鈕關閉對話框。14. GUI:Main MenuPr

11、eprocessorModelingReflectAreas命令，在出現(xiàn)Reflect Areas菜單，單擊Pick All 按鈕，出現(xiàn)Reflect Areas對話框，在Ncomp Plane of symmetry選項組選中Y-Z plane X單選按鈕，在NOELEM Item to be reflect下拉列表中選中Area and mesh 選項，在IIMOVE下拉列表框選中Copied如下圖，單擊OK按鈕關閉對話框。15. GUI:Main MenuPreprocessorModelingReflectAreas命令，在出現(xiàn)Reflect Areas菜單，單擊Pick All 按鈕

12、，出現(xiàn)Reflect Areas對話框，在Ncomp Plane of symmetry選項組選中Y-Z plane Y單選按鈕，其余默認，單擊OK按鈕關閉對話框。16. Main MenuNumbering CtrlsMerge Items命令，出現(xiàn)，MergeCoincident or Equivalently Defined Items對話框，在Label Type下拉列表選中Nodes選項，其余默認，單擊Apply按鈕，在Label Type下拉列表選中Keypoints選項，單擊OK按鈕關閉對話框。17. 選擇Utility MenuFileChange Title命令，在文本框中輸

13、入ELEMENT MODEL，單擊ok按鈕關閉對話框。18. 選擇Utility MenuPlotElement命令，ANSYS顯示窗口將顯示網(wǎng)格劃分后的結果。19. 選擇Utility MenuSelectEverything命令。第五步：生產(chǎn)AUX12輻射矩陣1. GUI:Main MenuRadiosity MethSolution Opt命令，出現(xiàn)下圖對話框，按其進行設置。單擊OK按鈕關閉對話框。2. 選擇Utility MenuFileSave as命令出現(xiàn)Save Datebase對話框，輸入exercise31.db，保存上述操作過程，單擊OK按鈕關閉對話框。第六步：加載求解1.

14、 GUI:Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，在出現(xiàn)的對話框選擇類型為Steady-state，單擊OK按鈕關閉對話框。2. GUI:Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalRadiationOn Lines。在出現(xiàn)文本框輸入1，7，9，15，17，23，25，31，單擊ok出現(xiàn)Apply RDSF on line對話框，如下圖設置單擊OK按鈕關閉對話框。3. GUI:Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Lines。出現(xiàn)Apply

15、 TEMP on lines 菜單，在文本框輸入5，13，21，29單擊ok出現(xiàn)Apply TEMP on lines 對話框，按下圖進行設置。4. GUI:Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Lines。出現(xiàn)Apply TEMP on lines 菜單，在文本框輸入3，11，19，27單擊ok出現(xiàn)Apply TEMP on lines 對話框，按下圖進行設置。5. 選擇Utility MenuSelectEverything命令。6. GUI:Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/Fr

16、equenceFreq and Substeps。出現(xiàn)下圖對話框，按圖進行設置，單擊OK按鈕關閉對話框。 7.GUI:Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，出現(xiàn)Solve Current Load Step對話框，單擊ok按鈕，開始求解。8. 求解結束后，ANSYS顯示窗口出現(xiàn)Note提示框，單擊close關閉對話框。9. 選擇Utility MenuFileSave as ，出現(xiàn)Save Database對話框，輸入exercise32.db，保存結果，單擊OK按鈕關閉對話框。第七步：查看求解結果1. GUI:Main MenuGeneral Postproc

17、Read ResultsLast Set2. 選擇Utility MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)對話框，在第一個下拉列表選擇Elements選項，在第二個下拉列表選擇By Attribute選項，在第三個選擇Material num單擊選項，如下圖設置單擊OK按鈕關閉對話框。3. 選擇Utility MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)對話框，按下圖進行設置單擊OK按鈕關閉對話框。4. GUI:Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。在對話框列表中依次選擇Nodal SolutionDOF

18、 SolutionNodal Temperature命令，單擊ok，結果如圖所示。5.Utility MenuSelectEntities命令出現(xiàn)對話框，在第一個下拉列表選擇Elements選項，第二個選擇By Attribute選項，第三個選擇Material num選項，如下圖設置，單擊OK按鈕關閉對話框。6. Utility MenuSelectEntities命令出現(xiàn)對話框，在第一個下拉列表選擇Nodes選項，第二個選擇Attach to選項，第三個選擇Elements選項，如下圖設置，單擊OK按鈕關閉對話框。7. GUI:Main MenuGeneral PostprocPlot R

19、esultsContour PlotNodal Solu。出現(xiàn)對話框，選擇Nodal SolutionDOF SolutionNodal Temperature命令，單擊ok，結果如圖所示。8. Utility MenuSelectEntities命令出現(xiàn)對話框，第一個下拉列表選擇Elements選項，第二個選擇By Attribute選項，第三個選擇Material num選項，如下圖設置，單擊OK按鈕關閉對話框。9. Utility MenuSelectEntities命令出現(xiàn)對話框，在第一個下拉列表選擇Nodes選項，第二個選擇Attach to選項，第三個選擇Elements選項，如下

20、圖設置，單擊OK按鈕關閉對話框。10. GUI:Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu命令，采用默認形式。單擊ok，出現(xiàn)下圖。11. Utility MenuSelectEntities命令出現(xiàn)對話框，第一個下拉列表選擇Elements選項，第二個選擇By Attribute選項，第三個選擇Material num選項，如下圖設置，單擊OK按鈕關閉對話框。12. Utility MenuSelectEntities命令出現(xiàn)對話框，在第一個下拉列表選擇Nodes選項，第二個選擇Attach to選項，第三個選擇Elements選項，如

21、下圖設置，單擊OK按鈕關閉對話框。13. GUI:Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu命令，采用默認形式。單擊ok，出現(xiàn)下圖。14. 選擇Utility MenuFileExit命令，出現(xiàn)Exit from ANSYS對話框，選擇Quit-NoSave，單擊ok按鈕，關閉ANSYS。命令流/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 15:29:33 11/08/2016RESUME,'1111','db','.' /COM,ANSYS RELE

22、ASE 15.0 UP20131014 15:29:33 11/08/2016FINISH /FILNAME,file,1 /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 15:30:16 11/08/2016RESUME,'1111','db','.' /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 15:30:16 11/08/2016/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST FINISH ! /EXIT,MODEL /BATCH /COM,ANSYS REL

23、EASE 15.0 UP20131014 20:42:08 11/12/2016RESUME,'1111','db','F:/'/COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 20:42:08 11/12/2016/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,

24、1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /INPUT,'WebpageIcons','db','.' FINISH /FILNAME,111111,1 /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131

25、014 21:16:42 11/26/2016/TITLE,666 /REPLOT,RESIZE /REPLOT /REPLOT !* /NOPR KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/CO

26、M, Structural !* /PREP7 !* ET,1,BEAM188!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,3e5MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,8e-6 SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,40,40,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 K,1,0,0,0, K,2,800,0,0,LSTR, 1, 2 FLST,5,1,4,ORDE,1 FITEM,5,1 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51

27、X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,100, , , , ,1!* LMESH, 1 !* /SHRINK,0 /ESHAPE,1.0 /EFACET,1 /RATIO,1,1,1/CFORMAT,32,0 /REPLOT !* /UI,MESH,OFF/VIEW, 1 ,1,1,1 /ANG, 1 /REP,FAST /AUTO, 1/REPFINISH /SOL!* ANTYPE,2!* !* MODOPT,LANB,20 EQSLV,SPAR MXPAND,20, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0!* MODOPT,LANB,20,

28、0,0, ,OFFFLST,2,2,3,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 !* /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , MXPAND,20,0,0,1,0.001, /STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 SET,LISTSET,LIST,999SET, , ,12 !* /EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0SAVEFINISH ! /EXIT,NOSAV /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 20:16:07 12/01/2016/REPLOT,R

29、ESIZE /TITLE,666 !* /NOPR KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,0 KEYW,PR_THERM,1 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Thermal !* /PREP7 !* ET,1,PLANE55!* !* MPTEMP

30、, MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,1,70MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7800 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,C,1,480 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,2,30MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,2,2700 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,C,2,350 CYL4,0,0,0.1,0,0.2,90 CYL4,0,0,0.4,0,0.5,90 /TITLE,GEOMETRIC MODEL APLOT /PNUM,KP,0 /PNUM,LINE

31、,1/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 !* /PNUM,ELEM,0/REPLOT !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,2 FITEM,5,4 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,5, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,3 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,

32、_Y !* LESIZE,_Y1, , ,10, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,6 FITEM,5,8 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,6, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,5 FITEM,5,7 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,30, , , , ,1 !* MSHAPE,0,2D MSHKEY,1!* C

33、M,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST TYPE, 1 MAT, 2REAL, ESYS, 0 SECNUM, !* /UI,MESH,OFFCM,_Y,AREA ASEL, , , , 2 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CM

34、SEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /D

35、IST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /UI,MESH,OFFFLST,3,2,5,ORDE,2 FITEM,3,1 FITEM,3,-2 ARSYM,X,P51X, , , ,0,0 FLST,3,4,5,ORDE,2 FITEM,3,1 FITEM,3,-4 ARSYM,Y,P51X, , , ,0,0 /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.082226