冷却栅管的热分析和铜块和铁块的水冷分析.docx
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冷却栅管的热分析和铜块和铁块的水冷分析
实验要求：
1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。
2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS进行瞬态热分析的基本过程。
内容1：
冷却栅管问题
问题描述：
本实例确定一个冷却栅管（图a）的温度场分布及位移和应力分布。
一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。
冷却栅材料为不锈钢，特性如下：
导热系数：
25.96W/m℃
弹性模量：
1.93×109MPa
热膨胀系数：
1.62×10-5/℃
泊松比：
0.3
边界条件：
（1）管内：
压力：
6.89MPa
流体温度：
250℃
对流系数249.23W/m2℃
（2）管外：
空气温度39℃
对流系数：
62.3W/m2℃
假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b。
其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。
练习1－1：
冷却栅管的稳态热分析
步骤：
1.定义工作文件名及工作标题
1）定义工作文件名：
GUI:
UtilityMenu>File>ChangeJobname，在弹出的【ChangeJobname】对话框中输入文件名Pipe_Thermal，单击OK按钮。
2）定义工作标题：
GUI:
UtilityMenu>File>ChangeTitle，在弹出的【ChangeTitle】对话框中2DAxisymmetricalPipeThermalAnalysis，单击OK按钮。
3）关闭坐标符号的显示：
GUI:
UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControl>WindowOptions，在弹出的【WindowOptions】对话框的Locationoftriad下拉列表框中选择NoShown选项，单击OK按钮。
2.定义单元类型及材料属性
1）定义单元类型：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit>Delete命令，弹出【ElementTypes】对话框，单击Add按钮，弹出【LibraryType】对话框，选择ThermalSolidQuad8node77选项，单击OK按钮。
2）设置单元选项：
单击【ElementType】对话框的Options按钮，弹出【Plane77elementtypeoptions】对话框，在Elementbehavior下拉列框中选择Axisymmetrical选项，单击OK按钮，单击Close按钮。
3）设置材料属性：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels，弹出【DefineMaterialModelsBehavior】窗口，双击MaterialModelAvailable列表框中的Structural\Linear\Elastic\Isotropic选项，弹出【LinearIsotropicMaterialPropertiesforMaterialNumber1】对话框，在EX和PRXY文本框中分别输入1.93E11J和0.3，单击OK按钮。
接着为材料1设置导热系数，点击Thermal\Conductivity\Isotropic，弹出【ConductivityforMaterialNumber1】
对话框，在KXX文本框中填入25.96，单击OK按钮，关闭材料属性定义对话框。
3.建立几何模型
1）创建矩形面：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>ByDimensions，弹出【CreateRectanglebyDimensions】对话框，在X-coordinates文本框中输入0.127，0.152，在Y-coordinates文本框中输入0，0.025，单击Apply按钮。
接着在X-coordinates文本框中输入0.127，0.304，在Y-coordinates文本框中输入0，0.005，单击OK按钮。
2）面相加操作：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Operate>Booleans>Add>Areas，弹出一个拾取框，单击PickAll按钮。
3）打开线编号控制：
GUI:
UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering，弹出【PlotNumberingControls】对话框，选择Linenumbers复选框，单击OK按钮。
4）线倒角：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>LineFillet，弹出一个拾取框，拾取编号为L11和L13的线，单击OK按钮，弹出【LineFillet】对话框，在RADFilletradius文本框中输入0.005，单击OK按钮。
5）显示线：
GUI:
UtilityMenu>Plot>Lines。
6）生成面：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ByLines，弹出一个拾取框，拾取编号为L2，L5和L4的线，单击OK按钮。
7）面相加操作：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Add>Areas，弹出一个拾取框，单击PickAll按钮。
4.生成有限元模型
1）显示工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkplane
2）打开关键点编号：
GUI:
UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering，弹出【PlotNumberingControls】对话框，选择Keypointnumbers复选框，清除Linenumbers复选框，单击OK按钮。
3）平移工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>Keypoint，弹出一个拾取框，拾取编号为10的关键点，单击OK按钮。
4）旋转工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPByIncrements，显示【OffsetWP】工具栏，在XY,YZ,ZXAngles文本框中输入0,0,90，单击Apply按钮。
5）面分解：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide6）打开面的编号：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>PlotCtrls>Numbering，弹出【PlotNumberingControls】对话框，选择Areanumber复选框，单击OK按钮。
7）平移工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>Keypoint，弹出一个拾取框，拾取编号为5的关键点，单击OK按钮。
8）旋转工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPByIncrements，显示【OffsetWP】工具栏，在XY,YZ,ZXAngles文本框中输入0,90,0，单击Apply按钮。
9）面分解：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide10）创建关键点：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>OnLineW/Ratio，拾取编号为L3的线，单击OK按钮，弹出【CreateKPonLine】对话框，在Lineratio（0-1）文本框中输入0.24，单击OKANNIU生成一个编号为12的关键点。
11）平移工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>Keypoint，弹出一个拾取框，拾取编号为12的关键点，单击OK按钮。
12）旋转工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPByIncrements，显示【OffsetWP】工具栏，在XY,YZ,ZXAngles文本框中输入0,-90,0，单击OK按钮。
13）面分解：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide14）关闭工作平面：
GUI:
UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane
15）线相加操作：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Lines，弹出一个拾取框，拾取编号为L9和L14的线，单击OK按钮弹出【AddLines】对话框，单击Apply按钮，接着拾取编号为L9和L21的线，单击OK按钮弹出【AddLines】对话框，单击OK按钮。
16）设置单元尺寸：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManulSize>Global>Size，弹出【GlobalElementSize】对话框，在Elementedgelength文本框中输入0.003，单击OK按钮。
17）划分映射网格：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3or4sided，弹出一个拾取框，拾取编号为A1，A3，A5，A6的面，单击OK按钮。
18）对A7划分网格：
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>Byconners，弹出一个拾取框，拾取编号为A7的面，单击OK，接着拾取编号为5，14，9，10的关键点，单击OK。
19）保存网格：
ToolBar>Save_DB
5.施加载荷及求解
1）在线上施加对流载荷：
GUI:
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Thermal>Convection>OnLines，弹出一个拾取框，拾取编号为L2，L6，L13，L11的线，单击OK按钮，弹出【ApplyCONVonLines】对话框，在Filmcoefficient文本框中输入62.3，在Bulktemperature文本框中输入39，单击Apply按钮。
拾取编号为L9和L8的线，单击OK按钮，在Filmcoefficient文本框中输入249.23，在Bulktemperature文本框中输入250，单击OK按钮。
2）列表显示边界条件：
GUI:
Utility>List>Loads>Surface>OnAllL
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