精品版毕业设计基于ANSYS的小型温室的温湿度场对流分析文档格式.docx
《精品版毕业设计基于ANSYS的小型温室的温湿度场对流分析文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品版毕业设计基于ANSYS的小型温室的温湿度场对流分析文档格式.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
张翔教授
2013年5月15日
AccordingtoANSYS’convectionanalysisinhumiturefieldofminitypegreenhouse
College：
MechanicalandElectricalEngineeringCollege
SpecialtyandGrade：
MechanicalDesign＆Manufacturing
andTheirAutomation2011Grades
Number：
3116104041
Name：
HuangYangping
Advisor：
ZhangXiang,Professor
Submittedtime:
May15,2013
摘要
植物培养箱（小型温室）是一密闭空间内能根据箱内植物的生长及外界环境变化而自动调节箱体内部温湿度、CO2浓度及光照强度的自动化设备。
在实物设计初期，运用有限元分析法对小型温室的温湿度场进行对流分析，从而得到其温湿度梯度场分析图，进而结合理论优化加热加湿部件位置，以最大限度改善箱内温湿度对流效果和节约成本。
本次设计使用ANSYS12.0对小型温室的温湿度场做对流分析。
首先运用UG6.0为培养箱建立模型，之后加以简化生成可用于作分析的模型。
其次使用ANSYS软件中的ICEM对模型做网格划分，最后划分好的网格模型导入CFX，通过设定相关参数得出我们所需的温湿度云图。
该分析结果运用于实际的设计制造中效果明显，基本符合实际，为实物的生产进度节省了不少时间和成本，是一行之有效又快速的计算解法。
关键词：
小型温室，有限元分析，ANSYS，温湿度梯度场
Abstract
Plantincubator（minitypegreenhouse）isaautomationequipmentwhichisaccordingtoplantgrowthandtheexternalenvironmentchangeinthecourseofaconfinedspace,automaticallyadjustthechambertemperatureandhumidity,CO2concentrationandlightintensity.Atthebeginningoftheprojectdesign,applyingthefiniteelementanalysismethodtodoconvectionanalysisforsmallgreenhouse.Thus,obtainingsomeresultsaboutconvectionanalysisintemperatureandhumidityfield.Andthencombiningthetheorytooptimizationtheheatingandhumidifyingcomponentlocation,sothatmaximumimprovetheconvectioneffectsintemperatureandhumidityfieldandsavecosts.
ThisdesignusingANSYS12.0forsmallgreenhousetodofluidanalysisinthetemperatureandhumidityfield.Firstly,UseofUG6.0forincubatortobuildmodelsothatcanbesimplifythemodelinformationtomakeanalysis.Secondly,useoftheICEM（apartofANSYSsoftware）partitionthemodelmesh.Finally,leadingittoCFXsothatrequiretemperatureandhumiditychartwhichisweneedthatthroughsettingrelatedparameters.Tosumup,theresultsofmodelanalysisappliedtotheactualdesignhaveaobviouseffectandgeneralinlinewiththefactasithelpussavingalotoftimeandcost.soitisaneffectiveandfastcalculationmethod.
KeyWords：
minitypegreenhouse;
FEA;
ANSYS;
humiturefield
1引言
1.1课题的背景
我国属于季风性气候,一年有春夏秋冬四季变化。
育苗在一年中的生长速度随着季节的变化有一定的周期性，即生长的季节周期性。
植物生长的季节周期性，总是和它所处环境的季节变化相符合，这是在环境条件和植物长期相互作用下形成的内在的生长节律。
例如，育苗芽在春季开始生长，不论是高生长还是直径生长，表现出的生长模式都为“慢—快—慢”的节奏。
到了秋季，植物开始落叶，进入休眠。
这个过程主要是受四季的温度、水分、日照等条件制约影响的。
随着经济的发展，季节性自然生长的作物已经难以满足人们的要求，为此大棚温室栽种被广泛应用，但人力部分占得比重大。
在小型温室设计中，能实现自动控制温湿度的温控箱越来越受到重视，这也是本次设计的目的所在。
设计之初先建模做分析能有效的减少成本和提升设计的可行性，随着现代机械设计要求的日益完善，将有限元法运用于机械设计分析已成为必然的趋势。
其主要优势在于，传统机械设计耗工耗时，设计周期长，造成成本偏高。
将有限元分析法运用到机械设计之中，可以优化零件形状或部件位置摆放，从而提高产品质量和降低成本。
特别是减少了试件的制作。
其在产品设计和研究中所显示出的优越性，使其成为机械设计过程中的有利工具，已经越来越受到设计者的需要。
1.2本文的主要研究内容
ANSYS是一款集结构力学、流体、电磁场、声场分析于一体的大型商业分析软件。
其功能强大，可靠性好，因而被多数业内人士所青睐。
本文将基于ANSYS12.0建立小型温室内部有限元分析模型，对室内温湿度做对流分析。
本次设计将基于ANSYS12.0对小型温室的温湿度场进行对流分析，从而得到其温湿度梯度场分析图，进而结合理论优化加热加湿等部件位置,为后期箱体设计及部件放置提供设计依据和降低设计成本。
2有限元法与ANSYS
2.1有限元分析方法概述
有限元法是一种离散化的数值解法,专门用于求解各类实际工程问题。
线性或非线性等应力分析问题及流体力学、电磁学以及高速冲击动力学等问题都可以通过有限元法得到解决。
其基本思路是将较为复杂的问题较换成较简单的问题后再求解。
此时求解域可以看成是由许多称为有限元的小互联子域组成，对每一单元假定一个合适的（或简单的）近似解，然后推导求解这个域的满足条件，从而得到问题的解。
[2]此时解是近似解，因为实际问题被较简单的问题所替代。
有限元解法不仅计算精度高，而且能求解各种复杂情况，是一种高效而简洁的工程分析手段。
2.2ANSYS运用概述
ANSYS是一个多用途的有限元计算程序软件包，目前，它从最初涉及的固体力学领域，逐渐推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他介质研究领域。
[2]软件主要包括三个部分：
Pre模块（含ICEM网格划分），Solver模块和Post模块。
本次设计采用ANSYS软件ICEM+CFX组合设计方案做温室的对流分析。
ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可分为稳态和非稳态。
分析结果可以是每个节点的压力或通过每个单元的流率。
之后在运用后处理模块生成流率、压力和温度分布示意图。
整体步骤是：
1、使用ICEM，它提供了一个强大的建模及网格划分工具选项，用户可以方便地划分网格，构造有限元分析模型。
2、将生成的网格导入Pre模块，定义模拟类型、域、边界条件、求解器控制和物质属性。
3、在Solver模块设置求解器管理器，定义模拟计算，之后求出残差收敛曲线，为后面云图分析显示做奠定工作。
4、利用Post模块将计算结果以彩色等值线、梯度、矢量、粒子流迹示、立体切片、透明及半透明（显示内部结构）等多种图形显示方式表现出来，或是计算结果以图表或曲线形式显示和输出。
软件提供了多种单元类型，专门用来模拟工程中的各种结构和模型分析。
3小型温室结构模型对流分析
3.1建立模型
3.1.1创建模型
打开UG6.0，新建【装配】模型assembly1.prt，选择【新建组件】按钮，依次创建6个组件模型，整体装配模型及其主、右视图如图3-1、3-2、3-3所示：
图3-1整体装配模型图
图3-2主视图图3-3右视图
3.1.2模型结构剖析
本次设计的小型温室大致由箱体框架，植物放置板，加固板，门框，盖板及元器件放置板组成；
其余排线、传感器另计。
如图3-4所示：
盖板
箱体框架
植物放置板
加固板
元器件放置板
门框
图3-4模型爆炸图
3.2对流方案
密闭的小型温室利用排风扇一端吸气、一端排气的原理，在箱体底部安装3个尺寸为70x70的大风扇，此外左右两端各设置5个通孔，做小风扇通气口及线路管道所用，如图3-5所示：
图图3-5对流方案图
3-
3.3有限元解
3.3.1ICEM网格划分
1.点击UG6.0，创建划分网格模型model1.prt（如图3-6所示）；
打开ICEM软件，选择file（如图3-7所示）导入模型并调整成线框模型（如图3-8所示）。
图3-6model1.prt图3-7文件导入图3-8线框模型图
2.点击part，选择【creatpart】
（如图3-9所示）创建进出风口及其他面体，分别设定为BODY1、IN1、IN2、OUT1、OUT2、TOP及WALL如图3-10、3-11、3-12所示：
图3-9创建part图3-10部件名称图3-11BODY1图图3-12其他面体图
3.隐藏矩形框，选择面网格划分，设置各个面的Maxsize，如图3-13、3-14所示
图3-13maxsize8面体图3-14面尺寸设置图
4.设置全局网格
尺寸为32，边界层
高度为2.64，其余为默认，黄色区域为可选边界层，如图3-15、3-16、3.17所示：
图3-15全局网格图3-16边界层图3-17边界层选择
5.设置生成体网格的body，定义为BODY2，拾取对角点为网格顶点，如图3-18所示：
图3-18几何体设置
6.选择
，以四面体为划分单元计算划分的网格（如图3-19所示），接着删除多余节点
和检查网格质量
，最后平滑网格质量
（如图3-20所示）以使网格最优化。
图3-19计算网格图3-20
升级会员 