Ansys作业——瞬态热分析.docx

Ansys作业——瞬态热分析

班级:硕3005 姓名:丁洪福 学号:3113003019
Ansys作业—瞬态热分析
问题描述
瞬态热分析实例1
n 长方形的板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示。板的宽度为5cm，其中间有一个半径为1cm 的圆孔。板的初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃的流体中，左端置于温度为500℃的温度场，试计算：
n （1）第1s 和第50s板内的温度分布情况。
n （2）整个板在前50s内的温度变化过程。
n （3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线。

1.建立有限元模型
首先建立瞬态传热分析所需的有限元模型，选择单元。
(1) 选择热分析单元，操作如下：
GUI：Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete
在弹出的对话框中，单击Add。在单元类型库对话框中选择Plane55单元。单击OK。
命令：ET,1,PLANE55
(2) 定义材料属性
首先进入Define Material Model Behavior对话框，操作如下：
GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props
下面定义瞬态热分析所需的材料参数，如热传导率、比热容及材料密度：
定义热传导
GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Conductivity > Isotropic
在弹出的定义材料热传导率对话框中的KXX 栏键入“5”。
命令：MPDATA,KXX,1,,5
定义比热容
GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Specific Heat
在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入“200”。
命令：MPDATA,C,1,,200
定义密度
GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Density
在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入“5000”。
命令：MPDATA,DENS,1,,5000
材料属性定义完毕.
(3)建立实体模型
k 根据本例所用模型，首先需要创建矩形，然后是圆，最后在矩形板中央减去（Substract）圆。下面介绍建立实体模型的操作：
k 创建矩形
命令：RECTNG,0,0.15,0,0.05
创建圆面
k 其操作如下：
k GUI：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Circle > By dimensions
k 在弹出对话框中，单击OK得到圆面。
k 命令：CYL4, 0.075, 0.025, 0.01
相减
k 根据ANSYS建模过程中面序号赋值原理，直接可以肯定圆面序号为2，矩形序号为1，因此采用直接键入命令建实体模型：
k 命令：asba,1,2
图1 实体模型
(4) 设定网格尺寸并划分网格

图2 有限元模型
2.施加载荷并求解
(1)选择分析类型
k GUI：Main Menu > Preprocessor > Loads > Analysis Type > New Analysis
k 选择Transient 分析，单击OK。在弹出的子对话框中单击OK。
(2)定义初始条件
k 板的初始温度为20℃，设置初始温度操作如下：
k GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Initial Condit'n > Define
k 在弹出的拾取对话框中，单击Pick All。弹出Define Initial Conditions对话框，
k 命令：IC,All,TEMP,20,
(3)定义热约束
定义对流边界
k GUI：Utility Menu > Plot > lines
k 命令：LPLOT
k 定义对流载荷/边界首先进入Apply Conv on lines 对话框，操作如下：
k GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Convection > On Lines
k 在弹出对话框中，键入Film coefficient和Bulk Temperature值。
k 命令：SFL,L2,CONV,100, ,20,
k 定义稳态热边界
k 在边线上定义稳态热边界，操作如下：
k GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Temperature > On Lines
k 在弹出对话框中，键入边界温度为“500”。单击OK。
k 命令：DL,L4, ,TEMP,500,1

图3施加边界条件和载荷
(4)设置时间及时间步进参数
k GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time –time steps
k 在Time and time Step Optios对话框中按照下图 设置，其余选项不变。
k TIME,50
k AUTOTS,1
k DELTIM,1,0.1,2.5,1
k KBC,0
k 下面确认时间积分选项打开。操作如下：
k GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time Integration
k 保持默认设置，单击OK。
k 命令：TIMINT,1
k TINTP,0.005, , ,-1,0.5,-1
(5)设置输出控制
k GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Output Ctrls > DB/Results File
k 在File Write Frequency栏选项 Every Substep。
k 命令：OUTRES,ALL,ALL,
(6)求解
k GUI：Main Menu > Solution > Solve > Current LS.
k 命令：Solve
3.查看分析结果
（1） POST1后处理，显示第1s和和第50s时温度场。

图4显示第1s时的温度场
重复上述操作，读入第50s时结果并显示温度场。下图所示为第50s温度场。

图5显示第50s时的温度场
(2)POST26 后处理
需要查看A点随时间变化的温度场，首先必须定义A点温度变量，然后才能显示A点处。定义A点温度变量显示A 点温度随时间变化曲线，单击“GRAPH VARIABLE 按钮，得到A 点温度随时间变化曲线。
图6 A点温度-时间变化曲线
4.命令流文件

!进入前处理
/prep7
/COM,Thermal
Et,1,plane55
Mp,dens,1,5000
Mp,kxx,1,5
Mp,c,1,200
Save
!创建几何模型
Rectng,0,0.15,0,0.05
CYL4,0.075,0.025,0.01
Asba,1,2
Save
!划分网格
SMRT,3
Amesh,ALL
Save
!进入加载求解
/solu
Antype,trans
TRNOT,FULL

LUMPM,0
Ic,all,temp,20
Save
Lplot
SFL,2,conv,100,,20
DL,4,,TEMP,500,0
Time,50
Kbc,0
Autots,on
Deltim,1,0.1,2.5,1
Timint,on
TINTP,0.005,,,-1,0.5,-1
Outres,all,all
Solve
FINISH
/POST1
!*
/EFACET,1
PLNSOL, TEMP,, 0
瞬态传热分析实例2
1.问题描述：
一个直径为0.12m，温度为900摄氏度的钢球突然放入盛满了水的，完全绝热的横截面直径和孤傲度均为0.6m的圆柱体水箱中，水的温度为20，材料参数如图所示，求解10分钟后钢球与水的温度场分布（钢球置于水箱正中央）。

2. 问题分析
属于瞬间热传导问题，研究对象为钢球和水，根据轴对称性，在求解过程中取钢球和水中心纵截面的1/4建立几何模型，选择PLANE55轴对称单元进行分析。
3.建立模型
(1)添加标题
k 添加标题，操作如下GUI：Utility Menu > File > Change Title
k 在弹出的Referenc for GUI Filtering对话框中，选择 Thermal。单击OK。
(2) 选择单元
k 在单元类型库对话框中选择Plane55单元。单击OK。
k 在Element behavior K3下拉框中选择Axisymmetric 选项，其余默认。
(3)定义材料属性1
n 定义热传导率
在弹出的定义材料热传导率对话框中的KXX 栏键入“70”。
n 定义比热容
在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入“448”
n 定义密度
在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入“7800”。
(4)定义材料属性2
n 定义热传导率
在弹出的定义材料热传导率对话框中的KXX 栏键入“0.61”。
n 定义比热容
在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入“4185”
n 定义密度
在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入“1000”.
(5)建立实体模型

图7平面实体模型
4.设定网格尺寸并划分网格

图8有限元模型
5．加载及求解
求解之前首先要选择分析类型，然后定义边界条件及其载荷步选项，最后计算。首先选择分析类型。

图9求解后显示图
6.查看求解结果
在POST1后处理器中查看结果

图10总体温度场等值线图

图11水的温度场等值线图

图12球体温度场等值线图

图13球心温度随时间的变化关系图
7.命令流文件
/Title,Transient slab Problem
KEYW, PR_THERM, !指定分析类型为热分析
/prep7
ET,1,Plane55
KEYOPT,1,3,1
MP,KXX,1,70
MP,DENS,1,7800
MP,C,1,448
MP,KXX,2,0.61
MP,DENS,2,1000
MP,C,2,4185
RECTANG,0,0.3,O,0.3
PCIRC,0.06,0,0,90
AOVERLAP,ALL
NUMCMP,AREA
NUMCMP,LINE
/TITLE,GEOMETRIC MODEL
APLOT
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
LPLOT
/PNUM,LINE,1
/PNUM,AREA,1
/REPLOT
LSEL,S,LINE,,4,5
LESIZE,ALL,,,30,0.1
LSEL,S,LINE,,6,7 !选择线段6，7
LESIZE,ALL,,,32,0.1 !设置单元数量
LSEL,S,LINE,,3 !选择线段3
LESIZE,ALL,,,30 !设置单元数量
ALLSEL
LCCAT,2,1 !将线段12联接在一起
MAT,1 !选择材料参考号1
AMESH,1 !对面1进行网格划分
MAT,2 !选择材料参考号1
AMESH,2 !对面1进行网格划分
/TITLE, ELEMENTS IN MODEL
EPLOT
FINISH
/SOLU
ANTYPE,TRANS
TIMINT,OFF
TIME,0.01
DELTIM,0.01
ESEL,S,MAT,,1
NSLE,S
D,ALL,TEMP,900
ESEL,S,MAT,,2
NSLE,S
D,ALL,TEMP,20
ALLSEL
SOLVE
TIMINT,ON
TIME,600
DELTIM,26,2,200
AUTOS,ON
DDELE,ALL,TEMP
OUTRES,,ALL
SOLVE
FINISH