(62)-15.2 熱分析案例計(jì)算機(jī)輔助工程分析

7熱分析實(shí)例計(jì)算機(jī)輔助工程分析問(wèn)題說(shuō)明基本描述一個(gè)帶有矩形翅片的長(zhǎng)鋼管從管中流動(dòng)的熱氣體通過(guò)對(duì)流吸收能量。外表面暴露在大氣中，熱流從翅片端部釋放。載荷條件:熱氣體的溫度是250oC，內(nèi)部對(duì)流熱交換系數(shù)是10000W/(m2oC)外部大氣溫度是25oC，外部對(duì)流熱交換系數(shù)為1000W/(m2oC)每個(gè)翅片端部熱流為

-320J/m2

。分析目標(biāo):分析其中最小的循環(huán)部分，要求得到如下結(jié)果: 1)溫度場(chǎng)分布。2)肋骨上下端面的對(duì)流熱耗散。說(shuō)明一個(gè)帶散熱片的管，在給定的荷載條件下，分析溫度和熱量分布該模型是軸對(duì)稱的。僅分析散熱片的一半，模型的底部為對(duì)稱約束。圓管內(nèi)半徑：50mm圓管厚度：12mm熱片外半徑：100mm熱片厚度：6mm熱片間距：18mm材料：304不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)：70W/m·oC彈性模量：2×1011N/m2泊松比：0.3問(wèn)題說(shuō)明問(wèn)題簡(jiǎn)化絕熱對(duì)稱邊界絕熱對(duì)稱邊界翅片端部的熱流密度對(duì)流面對(duì)流面簡(jiǎn)化成了最小的可重復(fù)2D幾何模型。使用最小的可循環(huán)部分求解:鋼管/肋骨中的溫度場(chǎng)分布

鋼管/肋骨的對(duì)流熱損耗繪出鋼管/肋骨面上的溫度變化情況。使用軸對(duì)稱的PLANE55單元。材料各向同性，且不隨溫度變化。1設(shè)置GUI的菜單過(guò)濾選項(xiàng)：在【MainMenu】中，點(diǎn)擊【Preferences】，打開(kāi)GUI菜單過(guò)濾窗口，如下圖所示，勾選Thermal后，單擊OK。建模準(zhǔn)備使用界面選項(xiàng)激活GUI菜單過(guò)濾。

只有與熱分析有關(guān)的菜單項(xiàng)可以顯示和使用。如果不設(shè)置，所有的菜單都可以看到并使用。2指定文件名：在菜單欄中，依次點(diǎn)擊【File】->【ChangeJobname】，打開(kāi)文件名更改窗口，如下圖所示?？奢斎胫付ǖ奈募?，如Case14.1-Thermal。建模準(zhǔn)備定義新的文件名與其他分析題目區(qū)別開(kāi)來(lái)。所有文件名將為jobname.ext，勾選Yes點(diǎn)取“OK”將重寫文件名分別為jobname.log和jobname.err的命令記錄文件和錯(cuò)誤文件。3指定標(biāo)題：在菜單欄中，依次點(diǎn)擊【File】->【ChangeTitle】，打開(kāi)標(biāo)題輸入窗口，如下圖所示?？奢斎胫付ǖ臉?biāo)題，如SteelTubewithFins。建模準(zhǔn)備為分析指定一個(gè)描述性的標(biāo)題。標(biāo)題將打印在圖形的底部，并在載荷步文件和結(jié)果文件中顯示。1定義單元類型：點(diǎn)擊【ElementType】->【Add/Edit/Delete】，打開(kāi)單元類型窗口，點(diǎn)擊【Add】，打開(kāi)單元類型庫(kù)窗口。選擇ThermalMass->Solid中的Quad4node

55，如圖所示。點(diǎn)擊OK。模型構(gòu)建-Preprocessor使用HELP按鈕得到單元庫(kù)中的更多信息。缺省狀態(tài)下，第一個(gè)定義的單元類型其單元類型號(hào)為1。如果GUI菜單過(guò)濾為熱分析，只有熱單元類型顯示出來(lái)。1定義單元類型：查看并選擇單元關(guān)鍵選項(xiàng)：點(diǎn)擊【ElementType】->【Options】，打開(kāi)單元關(guān)鍵選項(xiàng)窗口。將K3選項(xiàng)更改為【Axisymmetric】，如圖所示。點(diǎn)擊OK。模型構(gòu)建-Preprocessor關(guān)鍵選項(xiàng)或KEYOPTs是與單元類型相關(guān)的選項(xiàng)。使用下拉式菜單查看該單元的基本選項(xiàng)，并選擇合適的數(shù)值。本例題需要軸對(duì)稱單元。缺省值為平面單元。2定義并檢查實(shí)常數(shù)：點(diǎn)擊【RealConstants】->【Add/Edit/Delete】，打開(kāi)實(shí)常數(shù)定義窗口。單擊【Add】，選擇對(duì)應(yīng)單元后，單擊OK。彈出提示窗口，無(wú)需定義實(shí)常數(shù)。模型構(gòu)建-Preprocessor實(shí)常數(shù)是指定單元類型的幾何特征。并不是所有的單元類型都需要實(shí)常數(shù)。有些單元類型只有在選擇了某些基本選項(xiàng)時(shí)才需要實(shí)常數(shù)。第一個(gè)定義的實(shí)常數(shù)缺省指定為實(shí)常數(shù)號(hào)1。3定義材料性能：點(diǎn)擊【MaterialProps】->【MaterialModels】，打開(kāi)定義材料屬性窗口，如圖所示。點(diǎn)擊【Thermal】->【Conductivity】->【Isotropic】，打開(kāi)熱導(dǎo)率定義窗口，如圖所示。在KXX對(duì)應(yīng)文本框中輸入70。模型構(gòu)建-Preprocessor對(duì)于穩(wěn)態(tài)分析，熱材料特性必須輸入熱傳導(dǎo)率“k”-KXX,和可選的KYY,KZZ。如果用戶不定義，KYY和KZZ缺省等于KXX。密度(DENS)和比熱(C)或熱焓(ENTH)在沒(méi)有質(zhì)量傳遞的穩(wěn)態(tài)熱分析中不需要。隨溫度變化的材料導(dǎo)熱系數(shù)k,使得熱分析為非線性。4建立幾何模型：點(diǎn)擊【Modeling】->【Create】->【Areas】->【Rectangle】->【ByDimensions】，打開(kāi)矩形面創(chuàng)建窗口，如圖所示。創(chuàng)建2個(gè)矩形面，并進(jìn)行Overlap操作。模型構(gòu)建-Preprocessor5進(jìn)行網(wǎng)格劃分：打開(kāi)【MeshTool】工具欄，點(diǎn)擊Global中【Set】，打開(kāi)整體單元尺寸設(shè)置，在SIZE對(duì)應(yīng)文本框中輸入0.5，單擊OK。選擇Quad->Mapped方法，單擊Mesh后選擇所有面進(jìn)行網(wǎng)格劃分。模型構(gòu)建-Preprocessor1定義分析類型：進(jìn)入【Solution】模塊，點(diǎn)擊【AnalysisType】->【NewAnalysis】，打開(kāi)分析類型選項(xiàng)，單擊OK。模型求解-Solution指定這是一個(gè)新的分析，類型為穩(wěn)態(tài)分析(這是缺省值)。2施加載荷與邊界條件：點(diǎn)擊【DefineLoads】->【Apply】->【Convection】->【OnLines】，分別選擇對(duì)應(yīng)的對(duì)流邊界，單擊OK。模型求解-Solution2施加載荷與邊界條件：點(diǎn)擊【DefineLoads】->【Apply】->【HeatFlux】->【OnLines】，分別選擇對(duì)應(yīng)的熱流邊界，單擊OK。模型求解-Solution3求解：點(diǎn)擊【Solution】->【Solve】->【CurrentLS】，在彈出的對(duì)話框點(diǎn)OK，便可開(kāi)始求解。當(dāng)跳出“Solutionisdone”時(shí)表示求解完成。模型求解-Solution查看溫度分布