第十課+熱分析3

1、附加對(duì)流附加對(duì)流/熱流載荷選項(xiàng)熱流載荷選項(xiàng)和簡(jiǎn)單的熱和簡(jiǎn)單的熱/流單元流單元7-3對(duì)流和熱流邊界條件可以作為面載荷施加對(duì)流和熱流邊界條件可以作為面載荷施加 : 幾何模型幾何模型(2-D中的線中的線, 3-D中的面中的面), 忽略模型是否已經(jīng)劃分網(wǎng)格忽略模型是否已經(jīng)劃分網(wǎng)格 ( ANSYS SFL, SFA 命令命令 ) 在單元面上在單元面上 ( ANSYS SFE 命令命令 ) 在節(jié)點(diǎn)上在節(jié)點(diǎn)上 (ANSYS找到所有面都在節(jié)點(diǎn)集合中的單元，然后施加找到所有面都在節(jié)點(diǎn)集合中的單元，然后施加對(duì)流在單元面上對(duì)流在單元面上 。ANSYS SF 命令命令 )在上述實(shí)體上只能施加一種熱面載荷。也就是說，不

2、能同時(shí)施加熱在上述實(shí)體上只能施加一種熱面載荷。也就是說，不能同時(shí)施加熱流和對(duì)流邊界條件到單元上。流和對(duì)流邊界條件到單元上。7-4平面效果單元平面效果單元; SURF151 (2-D), SURF152 (3-D), 可以覆蓋在任可以覆蓋在任何何2-D 熱實(shí)體熱實(shí)體 (除了諧波單元除了諧波單元PLANE75和和PLANE78) 或或 3-D 實(shí)體實(shí)體單元上。單元上。SURF152SURF1517-5給出了更多的適應(yīng)性，定義隨溫度變化換熱系數(shù)的溫度，平面給出了更多的適應(yīng)性，定義隨溫度變化換熱系數(shù)的溫度，平面溫度，流體溫度，平均溫度溫度微分的絕對(duì)值。溫度，流體溫度，平均溫度溫度微分的絕對(duì)值。允許用戶

3、對(duì)相同單元面或區(qū)域施加多個(gè)平面載荷允許用戶對(duì)相同單元面或區(qū)域施加多個(gè)平面載荷(如熱流和對(duì)流如熱流和對(duì)流)。在介質(zhì)溫度未知的情況下，提供了一個(gè)建立對(duì)流效果的方便辦在介質(zhì)溫度未知的情況下，提供了一個(gè)建立對(duì)流效果的方便辦法。單元有法。單元有附加節(jié)點(diǎn)附加節(jié)點(diǎn)可以與模型中其它單元相連可以與模型中其它單元相連 (如熱如熱-流單元流單元FLUID116) 。單元可以用于對(duì)平面熱生成效果建模因?yàn)闊嵘伤俾适亲鳛轶w單元可以用于對(duì)平面熱生成效果建模因?yàn)闊嵘伤俾适亲鳛轶w載荷輸入的載荷輸入的(需要輸入厚度實(shí)常數(shù)需要輸入厚度實(shí)常數(shù))。7-6允許計(jì)入簡(jiǎn)單的輻射效果，如輻射到空氣中。允許計(jì)入簡(jiǎn)單的輻射效果，如輻射到空氣中

4、。在選擇的模型區(qū)域?qū)ζ矫媪髁亢蛯?duì)流結(jié)果進(jìn)行后處理時(shí)很方便。在選擇的模型區(qū)域?qū)ζ矫媪髁亢蛯?duì)流結(jié)果進(jìn)行后處理時(shí)很方便。提供了方便的手段提供了方便的手段(列出響應(yīng)熱流列出響應(yīng)熱流)得到當(dāng)附加節(jié)點(diǎn)溫度與介質(zhì)溫度得到當(dāng)附加節(jié)點(diǎn)溫度與介質(zhì)溫度相同時(shí)的對(duì)流凈溫度損失相同時(shí)的對(duì)流凈溫度損失/獲得。獲得。7-7介質(zhì)溫度可以從附加節(jié)點(diǎn)得到介質(zhì)溫度可以從附加節(jié)點(diǎn)得到 (使用使用 D 命令命令) 或指定或指定 (SFE 命令命令)。用用SFE命令指定的換熱系數(shù)可以用命令指定的換熱系數(shù)可以用USERCAL命令激活命令激活USERCV用戶子程序來修改。用戶子程序來修改。USERCV可以修改帶有或不帶附可以修改帶有或不帶附

5、加節(jié)點(diǎn)的平面效果單元上的換熱系數(shù)。這允許用戶在程序中使加節(jié)點(diǎn)的平面效果單元上的換熱系數(shù)。這允許用戶在程序中使用特殊的換熱系數(shù)計(jì)算用特殊的換熱系數(shù)計(jì)算 (參考參考 ANSYS Programmers Manual 得到細(xì)節(jié)得到細(xì)節(jié))。其它計(jì)算換熱系數(shù)和介質(zhì)溫度的選項(xiàng)當(dāng)其它計(jì)算換熱系數(shù)和介質(zhì)溫度的選項(xiàng)當(dāng)FLUID116單元與第三個(gè)單元與第三個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的時(shí)候也可以使用。節(jié)點(diǎn)相連的時(shí)候也可以使用。7-8假設(shè)熱假設(shè)熱/流單元流單元(FLUID116)不不與平面效果單元一起使用，下面的步驟是創(chuàng)與平面效果單元一起使用，下面的步驟是創(chuàng)建帶有附加節(jié)點(diǎn)的平面單元的過程建帶有附加節(jié)點(diǎn)的平面單元的過程 : 定義平面效

6、果單元類型并帶有定義平面效果單元類型并帶有 “附加節(jié)點(diǎn)附加節(jié)點(diǎn)” 選項(xiàng)。選項(xiàng)。 象通常情況下劃分象通常情況下劃分 2-D或或 3-D實(shí)體區(qū)域。實(shí)體區(qū)域。 生成附加節(jié)點(diǎn)。生成附加節(jié)點(diǎn)。 選擇要生成平面效果單元的面上的節(jié)點(diǎn)并選擇與之相連的實(shí)體單元。選擇要生成平面效果單元的面上的節(jié)點(diǎn)并選擇與之相連的實(shí)體單元。 將缺省屬性將缺省屬性 (單元類型，材料特性，實(shí)常數(shù)序列單元類型，材料特性，實(shí)常數(shù)序列)設(shè)置為要生成的平面設(shè)置為要生成的平面效果單元。效果單元。 (生成使用生成使用FLUID116單元的平面效果單元的過程見單元的平面效果單元的過程見7-31)。7-9然后，用戶將選擇或輸入節(jié)點(diǎn)號(hào)碼然后，用戶將選擇

7、或輸入節(jié)點(diǎn)號(hào)碼確認(rèn)附加節(jié)點(diǎn)。確認(rèn)附加節(jié)點(diǎn)。 12Main MenuPreprocessorModelingCreateElements7-10在大多數(shù)情況下，平面效果單元使用在大多數(shù)情況下，平面效果單元使用帶有帶有附加節(jié)點(diǎn)的附加節(jié)點(diǎn)的選項(xiàng)選項(xiàng)。但是，也可以創(chuàng)建但是，也可以創(chuàng)建不帶不帶附加節(jié)點(diǎn)的平面效果單附加節(jié)點(diǎn)的平面效果單元元 (如只有熱流載荷如只有熱流載荷)。使用下列步驟操作使用下列步驟操作: 定義不帶定義不帶“附加節(jié)點(diǎn)附加節(jié)點(diǎn)”的平面效果單元。的平面效果單元。 象通常情況下劃分象通常情況下劃分 2-D或或 3-D實(shí)體區(qū)域。實(shí)體區(qū)域。 選擇要生成平面效果單元的面上的節(jié)點(diǎn)并選擇與之選擇要生成平

8、面效果單元的面上的節(jié)點(diǎn)并選擇與之相連的實(shí)體單元。相連的實(shí)體單元。 將缺省屬性將缺省屬性 (單元類型，材料特性，實(shí)常數(shù)序列單元類型，材料特性，實(shí)常數(shù)序列)設(shè)設(shè)置為要生成的平面效果單元。置為要生成的平面效果單元。7-1112注注: 不帶附加節(jié)點(diǎn)的平面效果單元也可以不帶附加節(jié)點(diǎn)的平面效果單元也可以使用劃分線的操作得到使用劃分線的操作得到 (LMESH)。 在在使用這種方法時(shí)，平面效果單元的坐標(biāo)使用這種方法時(shí)，平面效果單元的坐標(biāo)系將由線的方向確定而非覆蓋的實(shí)體單系將由線的方向確定而非覆蓋的實(shí)體單元坐標(biāo)系。元坐標(biāo)系。Main MenuPreprocessorModelingCreateElements7

9、-12 在缺省情況下，如果繪制單在缺省情況下，如果繪制單元圖，元圖，ANSYS將平面效果將平面效果單元象面一樣顯示，附加節(jié)單元象面一樣顯示，附加節(jié)點(diǎn)以點(diǎn)顯示。點(diǎn)以點(diǎn)顯示。面面附加節(jié)點(diǎn)附加節(jié)點(diǎn)7-13單元圖的形式可以改變?yōu)橄聢D的樣子。這樣可以清晰地識(shí)別附加節(jié)點(diǎn)。單元圖的形式可以改變?yōu)橄聢D的樣子。這樣可以清晰地識(shí)別附加節(jié)點(diǎn)。1237-14對(duì)流桿單元對(duì)流桿單元(LINK34)可以用于多種情況可以用于多種情況 : 在熱網(wǎng)格模型中作為對(duì)流連接在熱網(wǎng)格模型中作為對(duì)流連接 在熱在熱/流單元和流單元和2-D和和3-D熱實(shí)體單元間作為對(duì)流連接熱實(shí)體單元間作為對(duì)流連接 (通常平面通常平面效果單元較容易實(shí)現(xiàn)效果單元

10、較容易實(shí)現(xiàn)) 在兩個(gè)或多個(gè)部分定義接觸熱阻時(shí)作為一種方法。由于對(duì)流單在兩個(gè)或多個(gè)部分定義接觸熱阻時(shí)作為一種方法。由于對(duì)流單元不需要長(zhǎng)度，節(jié)點(diǎn)元不需要長(zhǎng)度，節(jié)點(diǎn)I 和和 J可以是重合的可以是重合的(不象對(duì)流連接單元不象對(duì)流連接單元LINK32和和LINK33)。LINK347-15節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)I和和J之間的熱流速率可以定義為之間的熱流速率可以定義為:見見ANSYS單元手冊(cè)單元手冊(cè) 4-34 。qhA ETTqhAEFTTCC hThA F nCCfIJfPIPJnfPI or PJf*()where:= heat flow rate film coefficient (can be temperat

11、ure-dependent) = convection area = empirical term =*/ temperatures at node I or J in previous substep(, , and are user -defined constants) 7-16兩個(gè)平面兩個(gè)平面(不同溫度不同溫度)在接觸時(shí)接觸處溫度會(huì)有降低。降低是由兩個(gè)平面在接觸時(shí)接觸處溫度會(huì)有降低。降低是由兩個(gè)平面不完全接觸引起的。不完全接觸，也叫接觸熱阻，可以有下面許多不完全接觸引起的。不完全接觸，也叫接觸熱阻，可以有下面許多原因造成影響原因造成影響:平面平整度平面平整度平面光潔度平面光潔度氧化氧化

12、氣泡氣泡接觸壓力接觸壓力平面溫度平面溫度潤(rùn)滑劑的使用潤(rùn)滑劑的使用D DTTx7-17通常當(dāng)需要接觸熱阻效果時(shí)，要使用對(duì)流單元連接接觸面。本方法需要通常當(dāng)需要接觸熱阻效果時(shí)，要使用對(duì)流單元連接接觸面。本方法需要每個(gè)平面上的節(jié)點(diǎn)是對(duì)齊的每個(gè)平面上的節(jié)點(diǎn)是對(duì)齊的 (通常重合通常重合)。對(duì)流單元比傳導(dǎo)桿單元好因?yàn)?。?duì)流單元比傳導(dǎo)桿單元好因?yàn)橛脤?duì)流桿單元定義的熱阻不是單元長(zhǎng)度的函數(shù)用對(duì)流桿單元定義的熱阻不是單元長(zhǎng)度的函數(shù) (convenient for flush surfaces with coincident nodes)。接觸熱阻的兩種方法在下面敘述。接觸熱阻的兩種方法在下面敘述。Convecti

13、on elementsConvection elements7-18LINK34 對(duì)流桿單元可以建立接觸熱阻。熱阻由對(duì)流桿單元可以建立接觸熱阻。熱阻由LINK34的實(shí)常數(shù)來的實(shí)常數(shù)來控制。熱阻定義為控制。熱阻定義為: 如果如果E=F=1 (n,CC=0), hf*A 是熱傳導(dǎo)，因此是熱阻的倒數(shù)。是熱傳導(dǎo)，因此是熱阻的倒數(shù)。q =T/ R = heat flow rate between two pointswhere:T = temperature difference between two points R = thermal resistance between two pointsDD

14、7-19下面的步驟用于在相鄰部分生成下面的步驟用于在相鄰部分生成LINK34單元的接觸熱阻單元的接觸熱阻: 劃分各部分使得網(wǎng)格對(duì)齊劃分各部分使得網(wǎng)格對(duì)齊 (接觸面上網(wǎng)格重合接觸面上網(wǎng)格重合) 激活適當(dāng)?shù)膯卧愋?，材料特性和?shí)常數(shù)激活適當(dāng)?shù)膯卧愋?，材料特性和?shí)常數(shù) 選擇接觸面上的節(jié)點(diǎn)序列選擇接觸面上的節(jié)點(diǎn)序列 使用使用EINTF命令命令自動(dòng)生成單元自動(dòng)生成單元 :(Preprocessor Modeling Create Elements Auto-numberedAt Coincident Nodes)接觸面上的對(duì)流桿單元接觸面上的對(duì)流桿單元(注注: 平面邊緣的單元實(shí)參不同平面邊緣的單元實(shí)參

15、不同)Separation of surfaces exaggerated for clarity7-202-D SURF151 和和3-D SURF152 熱平面效果單元可以用熱平面效果單元可以用于模擬接觸熱阻。于模擬接觸熱阻。當(dāng)使用平面效果單元時(shí)，使用兩個(gè)具有共同附加節(jié)點(diǎn)的當(dāng)使用平面效果單元時(shí)，使用兩個(gè)具有共同附加節(jié)點(diǎn)的平面效果單元平面效果單元如圖。附加節(jié)點(diǎn)的位置不重要，但它們同如圖。附加節(jié)點(diǎn)的位置不重要，但它們同屬于平面效果單元。定義屬于平面效果單元。定義 Hf 數(shù)值為數(shù)值為L(zhǎng)INK34單元的兩倍單元的兩倍因?yàn)橛袑?shí)際的兩個(gè)接觸熱阻存在。因?yàn)橛袑?shí)際的兩個(gè)接觸熱阻存在。這與模擬平面荷小管路的

16、流體間的對(duì)流過程類似這與模擬平面荷小管路的流體間的對(duì)流過程類似 (在下一在下一部分闡述部分闡述)。不同之處在于附加節(jié)點(diǎn)也用于定義熱。不同之處在于附加節(jié)點(diǎn)也用于定義熱-流單元流單元。Separation of surfaces exaggerated for clarity.共享的附加節(jié)點(diǎn)共享的附加節(jié)點(diǎn)7-21本單元對(duì)一維熱和流體建模，但它可以用于本單元對(duì)一維熱和流體建模，但它可以用于2-D 或或 3-D 實(shí)體單元。實(shí)體單元。缺省情況下，單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)自由度，壓力和溫度，可以用于缺省情況下，單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)自由度，壓力和溫度，可以用于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析。穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析。在絕大多數(shù)情況下在絕大多

17、數(shù)情況下, FLUID116 用于在用于在2-D 和和3-D 模型中模型中包括熱質(zhì)量包括熱質(zhì)量傳遞和對(duì)流效果傳遞和對(duì)流效果 而不使用復(fù)雜的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型而不使用復(fù)雜的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型。FLUID1167-22溫度荷流分布為溫度荷流分布為1-D (沿沿 I-J 軸軸)。用戶可以指定流速用戶可以指定流速 (使用使用SFE命令的命令的HFLUX標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào))，避免非線性流動(dòng)計(jì)算或，避免非線性流動(dòng)計(jì)算或提供流體傳導(dǎo)提供流體傳導(dǎo) (或給程序計(jì)算流體傳導(dǎo)提供足夠的數(shù)據(jù)或給程序計(jì)算流體傳導(dǎo)提供足夠的數(shù)據(jù))。程序就可以通過。程序就可以通過流體網(wǎng)格方程計(jì)算壓力和流分布流體網(wǎng)格方程計(jì)算壓力和流分布基于基于 Be

18、rnoullis 方程。方程。熱效果包括熱效果包括: 長(zhǎng)度方向的傳導(dǎo)長(zhǎng)度方向的傳導(dǎo) 熱質(zhì)量傳遞熱質(zhì)量傳遞 內(nèi)部熱生成內(nèi)部熱生成 (用戶指定或計(jì)算粘性熱流用戶指定或計(jì)算粘性熱流) 通過可選節(jié)點(diǎn)通過可選節(jié)點(diǎn) (K,L)對(duì)流或使用對(duì)流或使用 FLUID116 節(jié)點(diǎn)作為平面效果單元的節(jié)點(diǎn)作為平面效果單元的附加節(jié)點(diǎn)。附加節(jié)點(diǎn)。7-23流動(dòng)效果可以包括管路摩擦損失和損失系數(shù)。流動(dòng)效果可以包括管路摩擦損失和損失系數(shù)。 頭，泵荷其它慣性效果可以使用標(biāo)準(zhǔn)的頭，泵荷其它慣性效果可以使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS命令命令如如 ACEL, OMEGA, 等計(jì)入。等計(jì)入。7-24一個(gè)單元的平衡方程為一個(gè)單元的平衡方程為:NC 0

19、0 0T0NK 00 KTPQwNQHwhere C = specific heat matrix for one channel K = thermal conductivity matrix for one channel Q = internal heat generation vector for one channel K = pressure conductivity matrix for one channel P , T = nodal pressure and temperaturctctpcgttgpLNMMOQPPRS|T|UV|W|LNMMOQPPRS|T|UV|W|R

20、S|T|UV|W|RS|T|UV|W|mrlqlqlqlqlqm rlqm rlqlqe vectors Q = nodal heat flow vector(HEAT on F command) w = nodal fluid flow vector(FLOW on F command) H = gravity and pumping effects vector for one channel N = number of parallel flow channelsclqlqlq7-25使用使用 FLUID116時(shí)應(yīng)考慮下列問題時(shí)應(yīng)考慮下列問題:當(dāng)包含熱質(zhì)量傳遞效果時(shí)，熱傳導(dǎo)矩陣是非對(duì)稱的

21、，因此要需要更當(dāng)包含熱質(zhì)量傳遞效果時(shí)，熱傳導(dǎo)矩陣是非對(duì)稱的，因此要需要更多的求解空間。多的求解空間。在在Bernoullis 方程中方程中,壓力降壓力降 (Pi - Pj)與流與流 (w) 不是線性關(guān)系，因此不是線性關(guān)系，因此如果計(jì)算流速就需要非線性流求解。流計(jì)算可以用給出流速如果計(jì)算流速就需要非線性流求解。流計(jì)算可以用給出流速 (使用命使用命令令)跳過并使用關(guān)鍵選項(xiàng)為只有溫度跳過并使用關(guān)鍵選項(xiàng)為只有溫度 DOF 。在瞬態(tài)分析中，流速變化是瞬時(shí)的。流體壓縮效果可以通過理想氣在瞬態(tài)分析中，流速變化是瞬時(shí)的。流體壓縮效果可以通過理想氣體假設(shè)包括進(jìn)來。體假設(shè)包括進(jìn)來。由于質(zhì)量傳遞引起的能量變化在單元

22、的輸出節(jié)點(diǎn)集中由于質(zhì)量傳遞引起的能量變化在單元的輸出節(jié)點(diǎn)集中 (流體流出節(jié)點(diǎn)流體流出節(jié)點(diǎn)).7-26KEYOPT(1) 自由度自由度 0, PRES and TEMP 1, TEMP 2, PRESKEYOPT(2) 0, 2 節(jié)點(diǎn)無對(duì)流效果節(jié)點(diǎn)無對(duì)流效果 1, 2 節(jié)點(diǎn)和對(duì)流信息傳遞到節(jié)點(diǎn)和對(duì)流信息傳遞到SURF151/152 單元單元 2, 4 節(jié)點(diǎn)和對(duì)流面通過實(shí)常數(shù)提供節(jié)點(diǎn)和對(duì)流面通過實(shí)常數(shù)提供7-27KEYOPT(5) 在何時(shí)溫度有在何時(shí)溫度有 hf=f(T) 0, 平均流體溫度平均流體溫度(Ti+Tj)/2 1, 平均墻溫度平均墻溫度(Tk+Tl)/2 2, 平均單元溫度平均單元溫度

23、(Ti+Tj+Tk+Tl)/4 3, 溫度微分溫度微分=平均流體墻平均流體墻 KEYOPT(4) 本選項(xiàng)決定如何定義本選項(xiàng)決定如何定義換熱系數(shù)換熱系數(shù) (見見 7-29)7-28KEYOPTs (6),(7),(8) 控制如何計(jì)算流體傳導(dǎo)控制如何計(jì)算流體傳導(dǎo)7-29定義對(duì)流面的方法定義對(duì)流面的方法: 使用可選節(jié)點(diǎn)使用可選節(jié)點(diǎn) (K,L), 用戶在節(jié)點(diǎn)用戶在節(jié)點(diǎn) (K,L)實(shí)參指定對(duì)流面或由程序?qū)崊⒅付▽?duì)流面或由程序基于實(shí)參計(jì)算基于實(shí)參計(jì)算 - hydraulic diameter 用用SURF151/152單元處理對(duì)流將節(jié)點(diǎn)單元處理對(duì)流將節(jié)點(diǎn) I 或或 J 作為附加節(jié)點(diǎn)作為附加節(jié)點(diǎn)7-30如果

24、使用帶有可選節(jié)點(diǎn)如果使用帶有可選節(jié)點(diǎn)(K,L)的的 FLUID116 ，這些選項(xiàng)可以用來指定這些選項(xiàng)可以用來指定hf: hf 由由 MP命令指定命令指定 hf 由與由與Nusselt (hf*D/Kxx), Reynolds 和和 Prandtl 數(shù)有關(guān)的方數(shù)有關(guān)的方程定義程定義 使用使用 TB 命令用表格輸入命令用表格輸入: hf 為溫度和平均速度的函數(shù)為溫度和平均速度的函數(shù) hf 為溫度和為溫度和 Reynolds 數(shù)的函數(shù)數(shù)的函數(shù) Nusselt 數(shù)為數(shù)為 溫度和溫度和Reynolds 數(shù)的函數(shù)數(shù)的函數(shù) 使用用戶子程序使用用戶子程序 USER116HF (參考參考 ANSYS Progr

25、ammers Manual)7-31如果使用如果使用 FLUID116 為為SURF151/152“附加節(jié)點(diǎn)附加節(jié)點(diǎn)”, 可以使用下列可以使用下列選項(xiàng)定義選項(xiàng)定義hf: hf 通過通過SFE命令指定給命令指定給SURF151/152 單元單元 hf 由用戶子程序由用戶子程序 USERCV 激活激活 USERCAL命令給出命令給出 hf 使用用戶子程序使用用戶子程序 USERSURF116, 注意使用本程序?qū)⒏采w所注意使用本程序?qū)⒏采w所有由有由SFE或或USERCV定義的數(shù)值定義的數(shù)值7-32已經(jīng)有宏用來對(duì)使用已經(jīng)有宏用來對(duì)使用FLUID116 結(jié)點(diǎn)作為結(jié)點(diǎn)作為SURF151 和和 152單元附

26、加結(jié)點(diǎn)進(jìn)行單元附加結(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)建模。自動(dòng)建模。 該宏迅速地以最近的該宏迅速地以最近的FLUID116 結(jié)點(diǎn)作為結(jié)點(diǎn)作為 “附加結(jié)點(diǎn)附加結(jié)點(diǎn)”生成平面生成平面效果單元。效果單元。 LFSURF,Sline,Tline 使用平面效果單元?jiǎng)澐志€組元使用平面效果單元?jiǎng)澐志€組元 “Sline”并使用已經(jīng)在線組元并使用已經(jīng)在線組元“Tline”劃分劃分好好 FLUID116 的最近結(jié)點(diǎn)作為附加結(jié)點(diǎn)。的最近結(jié)點(diǎn)作為附加結(jié)點(diǎn)。 AFSURF,Sarea,Tline 使用平面效果單元?jiǎng)澐置娼M元使用平面效果單元?jiǎng)澐置娼M元“Sarea”并使用已經(jīng)在線組元并使用已經(jīng)在線組元“Tline”劃劃分好分好 FLUID116

27、 的最近結(jié)點(diǎn)作為附加結(jié)點(diǎn)。的最近結(jié)點(diǎn)作為附加結(jié)點(diǎn)。宏中的組元名稱在使用命令時(shí)必須使用單括號(hào)宏中的組元名稱在使用命令時(shí)必須使用單括號(hào)。注: 當(dāng)使用這些宏時(shí)，平面效果單元坐標(biāo)系根據(jù)相應(yīng)線方向或面的法線方向確定，不是象ESURF由覆蓋的實(shí)體單元法線確定。7-33本宏可以在本宏可以在 GUI中使用，如下中使用，如下:12345在選擇框中選擇面在選擇框中選擇面/線。線。7-34在絕大多數(shù)熱分析中在絕大多數(shù)熱分析中, 密度單位是不重要的。但是，密度和比熱的乘密度單位是不重要的。但是，密度和比熱的乘積的單位是重要的。積的單位是重要的。當(dāng)模型包括當(dāng)模型包括FLUID116 單元時(shí)單元時(shí), 密度和流速的單位是重

28、要的并且要基密度和流速的單位是重要的并且要基于質(zhì)量。于質(zhì)量。這些單位的使用保證了與同數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)分析的相容性。這些單位的使用保證了與同數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)分析的相容性。單位序列例子單位序列例子: 傳導(dǎo)率傳導(dǎo)率: BTU/(hr-ft-F) 密度密度:lbf-hr2/ft4 比熱比熱: BTU-ft/(lbf-hr2-F) 粘性粘性:lbf-hr/ft2 流速流速: lbf-hr/ft7-35FLUID116 和和SURF151/152 單元經(jīng)常在建立旋轉(zhuǎn)設(shè)備的熱單元經(jīng)常在建立旋轉(zhuǎn)設(shè)備的熱/流效果模型流效果模型時(shí)使用，如汽輪機(jī)。在這些模型中可以有特殊的功能時(shí)使用，如汽輪機(jī)。在這些模型中可以有特殊的功能

29、:使用使用“絕熱絕熱”墻溫度作為介質(zhì)溫度墻溫度作為介質(zhì)溫度 (見見 ANSYS Theory Manual 14.152.2) 用戶定義流體的角速度用戶定義流體的角速度 (FLUID116 實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)) 和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速 (SURF151/152 實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)), 可以使用表格輸入可以使用表格輸入 (位置位置,時(shí)間的函數(shù)時(shí)間的函數(shù)) 滑動(dòng)因子滑動(dòng)因子 (FLUID116 實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)), 可以表格輸入可以表格輸入 恢復(fù)因子恢復(fù)因子 (SURF151/152 實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)) 旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸 (SURF151/152 單元單元KEYOPT(3)7-36氣體飽和溫度為氣體飽和溫度為 220F在小的銅管熱

30、交換器中凝聚。在小的銅管熱交換器中凝聚。 銅管直徑為銅管直徑為5/8” ，壁壁厚為厚為0.083”。 70F水以水以10 ft/sec的速度進(jìn)入管中。的速度進(jìn)入管中。ANSYS 輸入文件見附錄輸入文件見附錄 B7-37目標(biāo)目標(biāo): 確定單管的第一英寸中水的溫升和管外表面的溫度分布確定單管的第一英寸中水的溫升和管外表面的溫度分布假設(shè)假設(shè): 軸對(duì)稱模型和邊界條件軸對(duì)稱模型和邊界條件，穩(wěn)態(tài)邊界穩(wěn)態(tài)邊界給出給出: 銅銅; K=60 BTU/(hr-ft-F) 水水; K=0.347 BTU/(hr-ft-F) C=0.988 BTU/(lbm-F) DENS=1.5E-7 lbf-hr2/ft4Ho=1

31、800 BTU/(hr-ft2-F)Hi = 2500 BTU/(hr-ft2-F)在熱質(zhì)量交換中必須在熱質(zhì)量交換中必須 (不是不是瞬態(tài)效果瞬態(tài)效果)7-38每步的重要提示每步的重要提示:設(shè)置設(shè)置GUI過濾為過濾為 Thermal使用參數(shù)定義尺寸，網(wǎng)格尺寸，材料特性等使用參數(shù)定義尺寸，網(wǎng)格尺寸，材料特性等定義三種單元類型定義三種單元類型- FLUID116, SURF151, PLANE55對(duì)對(duì)FLUID116單元設(shè)置下列關(guān)鍵選項(xiàng)單元設(shè)置下列關(guān)鍵選項(xiàng): keyoption(1)=1, 只有溫度只有溫度DOF, 用戶提供質(zhì)量流動(dòng)因此單元是用戶提供質(zhì)量流動(dòng)因此單元是線性的線性的 keyoption

32、(2)=1, 對(duì)流信息傳遞給相連的對(duì)流信息傳遞給相連的SURF151(Note: an input file that builds the model and applies the boundary conditions is given in Appendix B):7-39對(duì)平面效果單元和實(shí)體單元設(shè)置下列關(guān)鍵選項(xiàng)對(duì)平面效果單元和實(shí)體單元設(shè)置下列關(guān)鍵選項(xiàng): SURF151 - keyopt(3)=1, 軸對(duì)稱軸對(duì)稱 keyopt(4)=1, 無中間結(jié)點(diǎn)無中間結(jié)點(diǎn) keyopt(5)=1, 有附加結(jié)點(diǎn)有附加結(jié)點(diǎn) FLUID116 keyopt(8)=2, 計(jì)算計(jì)算 Hf 在在 (Ts+Tb

33、)/2 PLANE55 - keyopt(3)=1, 軸對(duì)稱軸對(duì)稱定義參數(shù)定義參數(shù) GC=32.2*(3600*2), 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換: 所有長(zhǎng)度為英寸所有長(zhǎng)度為英寸 密度密度=密度密度/GC 比熱比熱=比熱比熱*GC7-40用定義數(shù)值參數(shù)方法將輸入速率轉(zhuǎn)換用定義數(shù)值參數(shù)方法將輸入速率轉(zhuǎn)換: 流流=QAV=62.4*(pi*Ri*2)*10*3600 ! In lbm/hr 質(zhì)量流質(zhì)量流=流流/GC定義定義FLUID116單元的實(shí)常數(shù)單元的實(shí)常數(shù) : hydraulic diameter (不需要不需要) 流面流面 (用做熱傳導(dǎo)面用做熱傳導(dǎo)面) 通道數(shù)目通道數(shù)目 (一個(gè)一個(gè))定義銅和水的材料特性。定

34、義銅和水的材料特性。7-41在管中心之下定義兩條線共用一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。這些在管中心之下定義兩條線共用一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。這些線使用線使用FLUID116 單元?jiǎng)澐?。單元?jiǎng)澐帧５谝粭l線為第一條線為 1第二條線有一個(gè)單元第二條線有一個(gè)單元 (0.083/12) 。線方向是重要的，因?yàn)閱卧鴺?biāo)系有線的方向確線方向是重要的，因?yàn)閱卧鴺?biāo)系有線的方向確定定; 正的質(zhì)量流沿線方向。正的質(zhì)量流沿線方向。123Flow Direction注注: 由于熱質(zhì)量傳遞在由于熱質(zhì)量傳遞在FLUID116 單元的結(jié)點(diǎn)流出單元的結(jié)點(diǎn)流出, 輸出的線要精確度量管輸出的線要精確度量管第一英寸的溫度降。第一英寸的溫度降。7-42定義管橫截面

35、為矩形面定義管橫截面為矩形面1 x (0.083/12) 。確定其從確定其從管中心線偏移管中心線偏移(0.0625/12) 。在使用流體單元的線和使用實(shí)體的管面上指定屬性在使用流體單元的線和使用實(shí)體的管面上指定屬性 。設(shè)置全局單元大小控制設(shè)置全局單元大小控制 (ESIZE)等于管壁厚等于管壁厚 (0.083/12)。用流體單元?jiǎng)澐志€。用流體單元?jiǎng)澐志€。用實(shí)體單元?jiǎng)澐志匦蚊妗Ｓ脤?shí)體單元?jiǎng)澐志匦蚊?。Flow Direction7-43生成下列組元生成下列組元:WATERLIN - 用用 FLUID116 單元?jiǎng)澐值木€單元?jiǎng)澐值木€TUBELIN - 管內(nèi)表面的線管內(nèi)表面的線設(shè)置缺省單元類型為設(shè)置缺省

36、單元類型為SURF151并使用下面的宏命令生成平面效果單元，以最近的結(jié)并使用下面的宏命令生成平面效果單元，以最近的結(jié)點(diǎn)為第三個(gè)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)為第三個(gè)結(jié)點(diǎn):LFSURF,TUBELIN,WATERLIN在求解器中施加下列邊界條件在求解器中施加下列邊界條件:流體輸入關(guān)鍵點(diǎn)上水溫流體輸入關(guān)鍵點(diǎn)上水溫 (70F)管外表面線上的對(duì)流管外表面線上的對(duì)流 (Ho 和和Tb)平面單元上的對(duì)流平面單元上的對(duì)流 (Hi，使用使用 SFE)指定指定FLUID116單元熱質(zhì)量交換，選擇并輸入單元熱質(zhì)量交換，選擇并輸入 : SFE,ALL,HFLUX,MASSFLOW7-44繪制整體模型并在每個(gè)端點(diǎn)放大繪制整體模型并在每個(gè)端點(diǎn)

37、放大, 使用四邊形網(wǎng)格，管厚度方向有一個(gè)單元使用四邊形網(wǎng)格，管厚度方向有一個(gè)單元:PLANE55sSURF151sFLUID116s注: 一個(gè)單元通常不足以確定厚度方向的溫度分布。7-45求解結(jié)束后，可以得到下面的結(jié)果求解結(jié)束后，可以得到下面的結(jié)果: 在管的第一英寸水溫度從在管的第一英寸水溫度從70 升高到升高到77.55F 。 管外表面溫度對(duì)長(zhǎng)度的曲線管外表面溫度對(duì)長(zhǎng)度的曲線 :7-46所有有限元解要檢查是否合理。手工檢查見下所有有限元解要檢查是否合理。手工檢查見下：Average Outside Tube Temperature = (.+.) / = .Heat Flow = ( = (

38、-.)( = , / ( )Weight Flow Rate = = . ()() ( .) = /Temperature Rise of Water = /() = / ()( .) = 15245 155792154122220 15412 25 1612 1 180019 403624 10 36000019252581194032581 098872TTR LHBTU hrfrom steam to tubewlbm hrqwCbsoo)()( /) /)( )().This compares well with the ANSYS solution of 7.556輻射熱傳遞輻射熱傳

39、遞8-48輻射特性輻射特性輻射理論輻射理論ANSYS 求解方法求解方法 ANSYS 輻射建模方法輻射建模方法 平面效果單元平面效果單元 連接單元連接單元 輻射矩陣功能輻射矩陣功能使用輻射矩陣的例子使用輻射矩陣的例子 - 熱沉的熱分析熱沉的熱分析 隱式求解方法隱式求解方法 非隱式求解方法非隱式求解方法8-49輻射熱傳遞是通過輻射熱傳遞是通過電磁波電磁波傳遞熱能的方法。熱輻射的電磁波波長(zhǎng)為傳遞熱能的方法。熱輻射的電磁波波長(zhǎng)為0.1 到到 100 m mm。這包括超微波，所有可以用肉眼看到的波長(zhǎng)，和長(zhǎng)這包括超微波，所有可以用肉眼看到的波長(zhǎng)，和長(zhǎng)波。波。不象其他熱傳遞方式需要介質(zhì)，輻射在不象其他熱傳遞

40、方式需要介質(zhì)，輻射在真空真空中中(如外層空間如外層空間)效率最高效率最高。對(duì)于半透明體對(duì)于半透明體(如玻璃如玻璃), 輻射是輻射是三維實(shí)體三維實(shí)體現(xiàn)象因?yàn)檩椛鋸捏w中發(fā)散出。現(xiàn)象因?yàn)檩椛鋸捏w中發(fā)散出。對(duì)于不透明體，輻射主要是對(duì)于不透明體，輻射主要是平面平面現(xiàn)象因?yàn)閹缀跛袃?nèi)部輻射都被實(shí)體現(xiàn)象因?yàn)閹缀跛袃?nèi)部輻射都被實(shí)體吸收了。吸收了。8-50ANSYS 可以模擬可以模擬不透明體不透明體間的輻射，所以我們將討論范圍限制在平面輻射現(xiàn)象間的輻射，所以我們將討論范圍限制在平面輻射現(xiàn)象上。上。兩平面間的輻射熱傳遞與它們平面兩平面間的輻射熱傳遞與它們平面絕對(duì)絕對(duì)溫度差的四次方成正比溫度差的四次方成正比:因此

41、，輻射分析是非線性的，需要迭代求解。因此，輻射分析是非線性的，需要迭代求解。8-51平面平面輻射輻射熱到其他平面并從其他平面熱到其他平面并從其他平面吸收吸收熱。當(dāng)我們做輻射分析時(shí)，我們考慮的是熱。當(dāng)我們做輻射分析時(shí)，我們考慮的是輻射和吸收之間的凈效果。輻射和吸收之間的凈效果。平面對(duì)不同波長(zhǎng)都會(huì)輻射和吸收，而且隨方向而改變。這些特性也隨溫度變化。平面對(duì)不同波長(zhǎng)都會(huì)輻射和吸收，而且隨方向而改變。這些特性也隨溫度變化。WavelengthDirection DistributionEmissive Power8-52平面可以理想化為散射或反射裝置。散射裝置會(huì)將輻射均勻反射到所有方向，而不管平面可以理

42、想化為散射或反射裝置。散射裝置會(huì)將輻射均勻反射到所有方向，而不管輻射源的方位輻射源的方位:反射平面會(huì)將輻射以近乎鏡象的方式反射反射平面會(huì)將輻射以近乎鏡象的方式反射:Diffuse SurfaceSpectral Surfaceq qq q8-53通常情況下，平面可以被理想化為散射或反射面。通常情況下，平面可以被理想化為散射或反射面。沒有實(shí)際的平面是真正的散射或反射面。比較灰暗的平面接近散射面，高度拋光沒有實(shí)際的平面是真正的散射或反射面。比較灰暗的平面接近散射面，高度拋光的平面接近反射面。的平面接近反射面。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，平面的輻射特性可以在所有的波長(zhǎng)和方向平均。只有這些平均特為了簡(jiǎn)化計(jì)算，平面的

43、輻射特性可以在所有的波長(zhǎng)和方向平均。只有這些平均特性在后面的討論中使用。因此，在散射和反射平面之間沒有差別。性在后面的討論中使用。因此，在散射和反射平面之間沒有差別。8-54對(duì)于承受一定對(duì)于承受一定輻射輻射的不透明介質(zhì)的不透明介質(zhì), G , 一部分輻射能會(huì)從平面一部分輻射能會(huì)從平面反射反射，一部分，一部分會(huì)被介質(zhì)會(huì)被介質(zhì)吸收吸收: G 輻射輻射Gref 反射的能量反射的能量Gabs 吸收的能量吸收的能量平面總吸收率平面總吸收率, a a, 與之吸收偶然輻射的趨勢(shì)有關(guān)。與之吸收偶然輻射的趨勢(shì)有關(guān)。平面總反射率平面總反射率, r r, 與之反射偶然輻射的趨勢(shì)有關(guān)。與之反射偶然輻射的趨勢(shì)有關(guān)。8-5

44、5同樣，平面總發(fā)射率同樣，平面總發(fā)射率, e e, 是平面在所有方向使用所有波長(zhǎng)發(fā)射熱的能力。這是平面在所有方向使用所有波長(zhǎng)發(fā)射熱的能力。這是一個(gè)無量綱數(shù)值。是一個(gè)無量綱數(shù)值。平面在所有方向用所有波長(zhǎng)發(fā)射的總能量平面在所有方向用所有波長(zhǎng)發(fā)射的總能量 (熱流單位熱流單位) 由施蒂芬由施蒂芬-波斯曼定律波斯曼定律確定確定:注注: 絕對(duì)溫度用絕對(duì)溫度用Rankine溫度表示溫度表示 (R)，它比它比 華氏溫度華氏溫度F 偏移偏移 460。在。在 SI 單位制中，絕對(duì)溫度以單位制中，絕對(duì)溫度以Kelvin (K)溫度表示溫度表示 , 它比攝氏溫度它比攝氏溫度C偏移偏移273。偏移溫度可以使用偏移溫度可

45、以使用TOFFST 命令指定。命令指定。8-56總輻射率總輻射率, J, 是熱流單位，表示平面發(fā)射和反射的能量總和是熱流單位，表示平面發(fā)射和反射的能量總和 (如如, 離開平面的離開平面的總能量總能量):由于由于ANSYS不直接計(jì)算平面反射率，不直接計(jì)算平面反射率， 輻射率和發(fā)射率假設(shè)為相等輻射率和發(fā)射率假設(shè)為相等 (E=J)。G Incident radiationGref EnergyreflectedGe EmissivePowerJRadiosity8-57黑體黑體 是理想化的平面，用來與實(shí)際平面進(jìn)行比較。是理想化的平面，用來與實(shí)際平面進(jìn)行比較。這里列出了黑體的特性這里列出了黑體的特性:

46、 黑體吸收所有的偶然輻射黑體吸收所有的偶然輻射 (沒有反射沒有反射), 不管波長(zhǎng)和方向。不管波長(zhǎng)和方向。 黑體為純粹的發(fā)射器。對(duì)于給定的波長(zhǎng)和溫度，沒有平面比黑體發(fā)黑體為純粹的發(fā)射器。對(duì)于給定的波長(zhǎng)和溫度，沒有平面比黑體發(fā)射更多的能量。射更多的能量。 黑體是純粹的散射發(fā)射器黑體是純粹的散射發(fā)射器; 輻射在所有方向均一致。輻射在所有方向均一致。 因此，對(duì)于黑體因此，對(duì)于黑體: aB = eB = 1.8-58實(shí)際平面叫做實(shí)際平面叫做 灰體灰體 因?yàn)樗麄儾幌蠛隗w。因?yàn)樗麄儾幌蠛隗w?；殷w在溫度灰體在溫度T的總發(fā)射率如下的總發(fā)射率如下:因此，對(duì)于灰體因此，對(duì)于灰體, ( (e 1)e Radiatio

47、n Matrix選擇組成輻射面的所有結(jié)點(diǎn)和單元選擇組成輻射面的所有結(jié)點(diǎn)和單元包括空間結(jié)點(diǎn)包括空間結(jié)點(diǎn) (如果定義的話如果定義的話)。8-82步驟步驟 2: 生成輻射矩陣生成輻射矩陣 (續(xù)續(xù))1. 定義輻射面的發(fā)射率。缺省數(shù)值為定義輻射面的發(fā)射率。缺省數(shù)值為。8-832. 指定施蒂芬指定施蒂芬-波斯曼常數(shù)，與熱分析中的單位統(tǒng)一波斯曼常數(shù)，與熱分析中的單位統(tǒng)一 (缺省為缺省為 0.119e-10 BTU/hr-in-R4)。3. 指定分析為指定分析為2D, 3D 軸對(duì)稱軸對(duì)稱 或或3D (缺省為缺省為 3D)。4. 指定空間結(jié)點(diǎn)用于沒有被其他面吸收的輻射能量。指定空間結(jié)點(diǎn)用于沒有被其他面吸收的輻射

48、能量。8-845. 指定觀察過程使用指定觀察過程使用HIDDEN 或或NON-HIDDEN 方法方法 (缺省為缺省為HIDDEN)。 HIDDEN 方法用于任何輻射面阻攔在其他平面的觀察線上時(shí)。方法用于任何輻射面阻攔在其他平面的觀察線上時(shí)。 NON-HIDDEN 方法用于所有平面都是可以相互觀察的情況下。方法用于所有平面都是可以相互觀察的情況下。6. 設(shè)置設(shè)置HIDDEN 方法射線數(shù)目。增加射線數(shù)目將增加形狀因子的計(jì)算精度方法射線數(shù)目。增加射線數(shù)目將增加形狀因子的計(jì)算精度 (缺省為缺省為20)。8-857. 打開打印鍵打開打印鍵 (如果需要的話如果需要的話) 檢查形狀參數(shù)輸出。檢查形狀參數(shù)輸出

49、。8. 將輻射矩陣寫到將輻射矩陣寫到filename.sub 中在熱分析過程中用做中在熱分析過程中用做MATRIX50 超超單元。單元。8-869. 重新選擇熱模型中其他所有單元和結(jié)點(diǎn)。重新選擇熱模型中其他所有單元和結(jié)點(diǎn)。10. 輻射矩陣可以作為超單元用在熱分析中了。輻射矩陣可以作為超單元用在熱分析中了。8-87步驟步驟 3: 使用輻射矩陣使用輻射矩陣1. 重新進(jìn)入前處理器。重新進(jìn)入前處理器。2. 定義新的單元類型定義新的單元類型MATRIX50。改變關(guān)鍵選項(xiàng)改變關(guān)鍵選項(xiàng)K1 為輻射子結(jié)構(gòu)。為輻射子結(jié)構(gòu)。28-88步驟步驟 3: 使用輻射矩陣使用輻射矩陣 (續(xù)續(xù))3. 劃分網(wǎng)格時(shí)選擇超單元作為

50、當(dāng)前單元類型。劃分網(wǎng)格時(shí)選擇超單元作為當(dāng)前單元類型。 (定義屬性定義屬性)。4. 定義超單元，指定文件名為寫出的輻射矩陣單元。定義超單元，指定文件名為寫出的輻射矩陣單元。5. 刪除或不選輻射面上的覆蓋單元。刪除或不選輻射面上的覆蓋單元。6. 定義與絕對(duì)溫度的偏移量。定義與絕對(duì)溫度的偏移量。7. 進(jìn)入求解器并在空間結(jié)點(diǎn)上定義熱邊界條件，開始計(jì)算。進(jìn)入求解器并在空間結(jié)點(diǎn)上定義熱邊界條件，開始計(jì)算。8-89問題描述問題描述:情況情況1 - 鋁合金熱沉底座鋁合金熱沉底座 (1/2 對(duì)稱模型對(duì)稱模型) 承受熱流載荷。葉片通過與空氣承受熱流載荷。葉片通過與空氣的對(duì)流冷卻。的對(duì)流冷卻。情況情況2 - 在情況

51、在情況1上添加輻射效果，使用上添加輻射效果，使用hidden方法生成的輻射矩陣方法生成的輻射矩陣。情況情況3 - 在情況在情況1上添加輻射效果，使用上添加輻射效果，使用non-hidden 方法生成的輻射矩方法生成的輻射矩陣。陣。ANSYS 情況情況2和情況和情況3 的輸?shù)妮斎胛募胛募?見附錄見附錄B8-90 模型尺寸模型尺寸:8-91指南指南:熱沉材料為鋁合金，熱沉材料為鋁合金，KXX = 8.5 BTU/hr-in-F。使用使用 BIN 單位進(jìn)行分析。單位進(jìn)行分析。所有葉片的對(duì)流面其所有葉片的對(duì)流面其 h為常數(shù)。為常數(shù)。使用帶有附加結(jié)點(diǎn)的使用帶有附加結(jié)點(diǎn)的SURF151 單元施加對(duì)流。單

52、元施加對(duì)流。熱沉端面是絕熱的。熱沉端面是絕熱的。Note: Not all menus and 步驟步驟s are detailed in the following pages.AdiabaticAdiabaticHeat Flux on Base Surface8-92熱載荷熱載荷:熱流入底座熱流入底座= 17 BTU/hr-in2。熱沉頂端空氣溫度為熱沉頂端空氣溫度為 90 F。葉片面上的換熱系數(shù)為葉片面上的換熱系數(shù)為0.01 BTU/hr-in2-F。沒有載荷的平面是絕熱的。沒有載荷的平面是絕熱的。附加假設(shè)附加假設(shè):這是開放系統(tǒng)，因此沒有被葉片平面吸收的輻射將進(jìn)入空間結(jié)點(diǎn)。這是開放系統(tǒng)

53、，因此沒有被葉片平面吸收的輻射將進(jìn)入空間結(jié)點(diǎn)。輻射只在葉片平面存在輻射只在葉片平面存在 (非絕熱平面非絕熱平面)。8-93基本過程基本過程 情況情況 1- 熱沉熱分析熱沉熱分析 (無輻射無輻射)。定義數(shù)值參數(shù)如下定義數(shù)值參數(shù)如下:base = .150hgt = 1.0ttop = 0.05tbot = .150fspc = .4手工定義手工定義8個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和3個(gè)面。個(gè)面。鏡象生成需要的模型。鏡象生成需要的模型。使用使用quad PLANE55單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。使用帶有附加結(jié)點(diǎn)的使用帶有附加結(jié)點(diǎn)的SURF151 單元?jiǎng)澐秩~片外表面。單元?jiǎng)澐秩~片外表面。施加熱流，對(duì)流和溫度載荷

54、。施加熱流，對(duì)流和溫度載荷。運(yùn)行初始運(yùn)算，不帶輻射效果。運(yùn)行初始運(yùn)算，不帶輻射效果。Note: Use of scalar parameters is not required. It is demonstratedonly as one of many possible methods of generating geometry8-94定義單元類型定義單元類型 PLANE55 和和SURF151, 設(shè)置關(guān)鍵選項(xiàng)。設(shè)置關(guān)鍵選項(xiàng)。8-95定義材料特性定義材料特性; 只需要只需要KXX。8-96定義參數(shù)用于生成關(guān)鍵點(diǎn)。定義參數(shù)用于生成關(guān)鍵點(diǎn)。8-97畫關(guān)鍵點(diǎn)。畫關(guān)鍵點(diǎn)。8個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)可以用于生成個(gè)關(guān)

55、鍵點(diǎn)可以用于生成3個(gè)面?zhèn)€面 。8-98用關(guān)鍵點(diǎn)生成的面。用關(guān)鍵點(diǎn)生成的面。8-99第一次鏡象形成的圖形。第一次鏡象形成的圖形。8-100多次鏡象形成的最終模型。帶有顏色和號(hào)碼的繪制如下。多次鏡象形成的最終模型。帶有顏色和號(hào)碼的繪制如下。8-101單元圖單元圖: PLANE55 quad 單元。單元。注注: 使用全局單元大小使用全局單元大小為為0.045 英寸。英寸。8-102平面效果單元?jiǎng)澐值木€，要施加對(duì)流載荷。平面效果單元?jiǎng)澐值木€，要施加對(duì)流載荷。8-103將線上的結(jié)點(diǎn)分離以生將線上的結(jié)點(diǎn)分離以生成平面效果單元。成平面效果單元。使用使用*get命令得到模型命令得到模型中最大結(jié)點(diǎn)號(hào)，指定名中最

56、大結(jié)點(diǎn)號(hào)，指定名字為字為 “nn” 。生成生成 “附加結(jié)點(diǎn)附加結(jié)點(diǎn)”; 指指定結(jié)點(diǎn)號(hào)定結(jié)點(diǎn)號(hào) “nn+1”。8-104指定缺省屬性為類型指定缺省屬性為類型2, SURF151并生成帶有附加結(jié)點(diǎn)的單元。并生成帶有附加結(jié)點(diǎn)的單元。8-105繪制帶有附加結(jié)點(diǎn)的繪制帶有附加結(jié)點(diǎn)的 SURF151 單元。單元。8-106繪制施加的載荷和邊界條件繪制施加的載荷和邊界條件: 對(duì)流和附加結(jié)點(diǎn)上的溫度。對(duì)流和附加結(jié)點(diǎn)上的溫度。8-107繪制施加的載荷和邊界條件繪制施加的載荷和邊界條件: 熱流。熱流。8-108求解當(dāng)前步。本求解只包括熱流和對(duì)流載荷，輻射在后面施加。求解當(dāng)前步。本求解只包括熱流和對(duì)流載荷，輻射在后

57、面施加。8-109檢查結(jié)果。檢查結(jié)果。 列出響應(yīng)解。與輸入的熱比較。列出響應(yīng)解。與輸入的熱比較。8-110與輸入的熱比較與輸入的熱比較 17 BTU/hr-in2 * 2.2 in2 = 37.4 BTU/hr8-111繪制熱沉的溫度場(chǎng)分布。繪制熱沉的溫度場(chǎng)分布。8-112基本過程基本過程 情況情況 2- 包括輻射效果包括輻射效果; 輻射矩陣輻射矩陣-Hidden 方法。方法。進(jìn)入前處理器。進(jìn)入前處理器。定義新單元類型定義新單元類型, LINK32。在輻射面上分離結(jié)點(diǎn)。在輻射面上分離結(jié)點(diǎn)。生成生成 LINK32單元，檢查方向。單元，檢查方向。定義空間結(jié)點(diǎn)。定義空間結(jié)點(diǎn)。使用輻射矩陣單元生成輻射

58、矩陣，使用輻射矩陣單元生成輻射矩陣，radheat.sub.重新進(jìn)入前處理器。重新進(jìn)入前處理器。定義新單元類型定義新單元類型, MATRIX50。讀入矩陣文件讀入矩陣文件radheat.sub生成輻射單元。生成輻射單元。在空間結(jié)點(diǎn)施加溫度。在空間結(jié)點(diǎn)施加溫度。重新計(jì)算。重新計(jì)算。注注:不是所有菜單和步驟在后面詳細(xì)說明。不是所有菜單和步驟在后面詳細(xì)說明。8-113重新進(jìn)入前處理器。定義單元類型重新進(jìn)入前處理器。定義單元類型3, LINK32。劃分網(wǎng)格之前，設(shè)置屬性為劃分網(wǎng)格之前，設(shè)置屬性為TYPE=3。8-114將輻射面上的結(jié)將輻射面上的結(jié)點(diǎn)分離以生成覆點(diǎn)分離以生成覆蓋的蓋的LINK32 單元單

59、元。生成生成LINK32 單元單元使用使用 ESURF 命命令。令。生成空間結(jié)點(diǎn)，生成空間結(jié)點(diǎn)，指定結(jié)點(diǎn)號(hào)為指定結(jié)點(diǎn)號(hào)為 “nn+2”。注注: 我們將平面效果單元的附加結(jié)點(diǎn)用做空間結(jié)點(diǎn)。使用兩我們將平面效果單元的附加結(jié)點(diǎn)用做空間結(jié)點(diǎn)。使用兩個(gè)結(jié)點(diǎn)我們可以分離各效果并更容易的分析對(duì)流和輻射的分個(gè)結(jié)點(diǎn)我們可以分離各效果并更容易的分析對(duì)流和輻射的分布。布。8-115檢查覆蓋網(wǎng)格的方向檢查覆蓋網(wǎng)格的方向打開單元坐標(biāo)系繪制檢查單打開單元坐標(biāo)系繪制檢查單元法線方向。元法線方向。單元法線方向很重要因?yàn)樗鼏卧ň€方向很重要因?yàn)樗x了輻射的方向定義了輻射的方向 (觀察方向觀察方向)。8-116打開單元坐標(biāo)系符

60、號(hào)繪制打開單元坐標(biāo)系符號(hào)繪制 LINK32 單元。單元。8-117開始輻射矩陣定義。開始輻射矩陣定義。首先首先, 定義發(fā)射率定義發(fā)射率.8-118定義定義 “其他設(shè)置其他設(shè)置” 施蒂芬施蒂芬-波斯曼常數(shù)波斯曼常數(shù); 與分析的單位一致。與分析的單位一致。 幾何模型類型幾何模型類型; 本題為本題為2D。 指定空間結(jié)點(diǎn)的號(hào)碼。指定空間結(jié)點(diǎn)的號(hào)碼。8-119寫出輻射矩陣。寫出輻射矩陣。 選擇選擇Hidden方法求解本問題。方法求解本問題。 指定指定 sampling zones數(shù)目數(shù)目 (缺省為缺省為 20)。 指定生成的輻射矩陣文件名。指定生成的輻射矩陣文件名。8-120重新進(jìn)入前處理器。重新進(jìn)入前