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