搜索WORKBENCH對保溫桶的穩(wěn)態(tài)熱分析
2016-10-21 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
【問題描述】
一個保溫桶,由4層組成。從外到內(nèi)依次是:鋼,鋁,復(fù)合材料,鋁。桶內(nèi)是熱水,而桶外是空氣。需要確定桶壁的溫度場分布。已知:桶內(nèi)半徑是0.1米,桶長度為0.1米,從內(nèi)到外,4層厚度分別是0.01米,0.02米,0.01米,0.005米,鋼,復(fù)合材料,鋁的導(dǎo)熱系數(shù)分別是60.5(瓦/米度),0.055(瓦/米度),236(瓦/米度),水溫80攝氏度,空氣溫度為攝氏度,空氣對流系數(shù)是12.5(瓦/平方米度).
(《注》該例子來自于許京荊編著的《ANSYS 13.0 WORKBENCH數(shù)值模擬技術(shù)》,2012年)
【建模分析】
1.這是一個穩(wěn)態(tài)熱分析問題,需要使用steady-state thermal模塊。
2. 這是一個軸對稱問題,只需要分析其一個徑向截面,然后用2D分析的軸對稱進(jìn)行處理。
3.幾何建模。在DM中創(chuàng)建四個草圖,然后分別形成四個面體,再形成一個多體構(gòu)件。
4.邊界條件。對里層使用溫度邊界條件,對外層設(shè)置對流換熱邊界條件。
【求解過程】
1. 打開ANSYS WORKBNCH14.5。
2. 創(chuàng)建穩(wěn)態(tài)熱分析系統(tǒng)。
3. 設(shè)置三種材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
雙擊engineering data,打開工程數(shù)據(jù),新創(chuàng)建三種材料,分別是STEEL,AL,compound,并分別設(shè)置其導(dǎo)熱系數(shù)。
鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)
鋁的導(dǎo)熱系數(shù)
復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)
創(chuàng)建完畢,退回到項(xiàng)目中。
4.創(chuàng)建幾何模型。
雙擊geometry,進(jìn)入到DM中。選擇長度的單位是米。
在XOY面內(nèi)創(chuàng)建四個草圖。
這四個草圖是四個相鄰的矩形,其位置及尺寸如下圖。
分別由這4個草圖生成4個面。
其圖形如下
將上述四個物體生成一個多體構(gòu)件。
幾何建模結(jié)束,存盤,退出DM.
然后設(shè)置幾何體的屬性是2D,表明下面準(zhǔn)備做的是2D分析。
5.為各幾何體分配材料。
雙擊model,進(jìn)入到mechanical.
首先選中g(shù)eometry,在其屬性欄中設(shè)置是做軸對稱分析。
然后為各個幾何4體分配材料。
6.劃分網(wǎng)格。
進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分。
考察網(wǎng)格質(zhì)量
可見,網(wǎng)格質(zhì)量良好。
7.設(shè)置邊界條件。
設(shè)置內(nèi)層溫度為80度,即熱水的溫度。
設(shè)置外層為對流換熱。環(huán)境溫度20度,對流換熱系數(shù)是12.5.
8.求解。
9.后處理。
查看溫度的分布
可見,在最里層及外面的兩層,溫度基本上均勻分布,而在復(fù)合材料層,則溫度從內(nèi)到外逐漸降低。由于該層是復(fù)合材料層,導(dǎo)熱系數(shù)很小,所以阻礙了熱量的傳遞,而此層的溫度梯度最大。
查看總的熱通量
可見,熱通量由內(nèi)向外逐步減少。
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