ANSYS作业换热管的热分析Word下载.docx

ANSYS作业换热管的热分析Word下载.docx

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表一：

壳程温度及对应的表面传热系数

壳程温度（）

210

220

230

240

250

260

270

280

壳程表面传热系数（）

1405

1701

2079

2516

3059

3731

4539

5575

换热管内径为，外径为，管板厚度为，换热管长度为，管板长和宽均为，其结构如图1所示。

图1换热管的结构

由上述结构分析可知，由于其结构、约束以及载荷都具有对称性，因而只需要取其四分之一进行分析。

第一部分换热管节点温度分布

一、启动以及初始化设置

1、建立一个文件夹：

在电脑合适地方建立一个文件夹用来存储ANSYS文件，取名为“方瑛ANSYS大作业”。

2、启动ANSYS：

StartProgramsANSYS13.0MechanicalAPDL（ANSYS）

3、定义工作文件名：

执行UtilityMenuFileChangeJobname命令，弹出ChangeJobname对话框，如图2所示。

在弹出的对话框中输入Pipe-thermal,单击OK按钮。

图2ChangeJobname对话框

4、定义工作标题：

执行UtilityMenuFileChangeTitle命令,弹出ChangeTitle对话框，如图3所示。

在弹出的对话框中输入TemperatureDistributioninheat-exchangepipe,单击OK按钮。

图3ChangeTitle对话框

5、关闭坐标符合的显示：

执行UtilityMenuPlotCtrls/WindowControls/WindowOption命令，弹出WindowOption对话框。

在Locationoftriad下拉列表中选择NotShow选项，单击OK按钮。

二、定义单元类型及材料属性

1、定义单元类型

执行MainMenuPreprocessorElementType

Add/Edit/Delete命令，弹出ElementType对话框。

单击Add按钮，弹出LibraryofElementType对话框。

在左右列表中分别选择Thermalsolid和Brick20node90选项，如图4所示。

单击OK按钮。

图4LibraryofElementType对话框

2、设置材料属性

执行MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModels命令，出现如图5DefineMaterialModelsBehavior对话框。

在MaterialModelsAvailable下面的选项连续点击StructuralLinearElasticIsotropic，出现LinearIsotropicPropertiesforMaterial1对话框，如图6所示，在EX后面输入1.73e11，在PRXY后面输入0.3，单击OK按钮；

然后再次连续点击ThermalExpansionSecantCoefficientIsotropic，出现如图7所示的对话框，在ALPX后面输入17.79e-6，单击OK按钮；

然后再次连续点击ThermalConductivityIsotropic命令，弹出ConductivityforMaterialNumber1对话框，如图8所示。

在KXX文本框中输入15.1，单击OK按钮，这样就完成了对材料1（设定为管板材料）的属性设置。

图5定义材料属性对话框

图6定义弹性模量泊松比对话框

图7定义膨胀系数对话框

图8定义热导率对话框

回到图五所示的对话框，鼠标单击MaterialNewModels,出现DefineMaterialID对话框，输入框中显示数字2，单击OK按钮。

按照上面的步骤完成对材料2（设定为换热管材料）的属性设置。

材料2的参数如下：

EX为1.72e11、PEXY为0.3、ALPX为16.56e-6、KXX为15.1。

选择菜单MaterialExit，退出DefineMaterialModelsBehavior对话框。

三、建立几何模型

1、显示工作平面：

执行UtilityMenuWorkPlaneDisplayWorkingPlane命令。

2、创建1/4换热管：

执行UtilityMenuWorkPlaneOffsetWPbyIncrements命令，弹出OffsetWP对话框，如图9所示。

在XY,YZ,ZXAngles对话框一栏输入0,0,90，单击OK按钮。

执行MainMenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderPartialCylinder，弹出PartialCylinder对话框，如图10所示。

输入如图所示的数据，然后单击OK按钮，生成1/4换热管几何模型。

图9OffsetWP对话框图10PartialCylinder对话框

3、生成模板部分的模型：

执行MainMenuPreprocessor

ModelingCreateVolumesBlockByDimensions，弹出CreateBlockbyDimensions对话框，如图11所示。

输入如图所示的数据，然后单击OK按钮，生成左端管板几何模型。

执行MainMenuPreprocessorModelingCopyVolumes，弹出CopyVolumes拾取对话框，如图12所示。

用鼠标拾取刚刚生成的管板左端部分模型，弹出另一个CopyVolumes对话框，如图13所示。

在DX栏中输入0.3，单击OK按钮，生成的结果如图14所示。

图11CreateBlockbyDimensions对话框

图12CopyVolumes拾取对话框

图13CopyVolumes对话框

图14生成的换热管和两端管板部分

4、体布尔操作：

执行MainMenuPreprocessorModeling

OperateBooleansOverlapVolumes，弹出OverlapVolumes拾取对话框，单击PickAll。

5、打开体编号控制：

执行UtilityMenuPlotCtrlsNumbering命令，弹出PlotNumberingControls对话框，如图15所示。

选择Volumenumbers复选框，单击OK按钮。

图15PlotNumberingControls对话框

6、删除多余的体：

DeleteVolumesandBelow命令，弹出DeleteVolumesandBelow拾取对话框，鼠标左键拾取编号为4和5的体。

生成的结果如图16所示。

图16生成的换热管和管板部分的几何模型

7、保存几何模型结果：

执行UtilityMenuFileSaveas命令，出现一个对话框，在Directories下选择的保存路径指定为初始设置中的那个新建文件夹“方瑛ANSYS大作业”，在SaveDatebaseto下面的输入栏中输入Geometricmodelofpipe.db，单击OK按钮。

四、生成有限元模型

1、打开线、面编号控制：

选择Linenumbers和Areanumbers复选框，单击OK按钮。

2、打开MeshTool工具栏，划分网格：

执行MainMenu

PreprocessorMeshingMeshTool命令，弹出MeshTool工具栏，如图17所示，利用这个工具栏就可以对几何模型进行划分网格的操作。

单击工具栏右上角的Set按钮，弹出如图18所示的MeshingAttributes对话框，MAT栏中数字式1，表示给第一种材料（管板部分）划分网格，这样就可以把材料一的属性赋予给管板部分。

单击MeshingAttributes对话框的OK按钮，关闭此对话框。

单击

图17图18

MeshTool工具栏SizeControls下面的Lines后面的Set按钮，弹出ElementSizeonLines拾取对话框，如图19所示，用鼠标右键局部放大模型左端管板部分结构，鼠标拾取编号为14、15、18、19的线，单击ElementSizeonLines拾取对话框的OK按钮，弹出ElementSizeonPickedLines对话框，如图20所示。

在NDIV一栏中输入

图19图20

10，即把所选择的线划分为10份，单击Apply按钮，又弹出图19的ElementSizeonLines拾取对话框，拾取编号为65、66、67、68的线，单击OK按钮，再次弹出图20所示的ElementSizeonPickedLines对话框，在NDIV一栏中输入5，单击Apply按钮，再次弹出图19的ElementSizeonLines拾取对话框，拾取编号为4、55的线，单击OK按钮，弹出图20所示的ElementSizeonPickedLines对话框，在NDIV一栏中输入20，单击Apply按钮，再次弹出图19的ElementSizeonLines拾取对话框，拾取编号为22、23、24、51、53的线，单击OK按钮，弹出图20所示的ElementSizeonPickedLines对话框，在NDIV一栏中输入20，单击OK按钮。

执行MainMenuPreprocessorMeshingConcatenateAreas，弹出ConcatenateAreas拾取对话框，如图21所示。

鼠标拾取编号为10、12的面单击OK按钮。

重新回到MeshTool工具栏，如图17所示，在Shape一栏中选择Hex和Mapped，然后单击Mesh，弹出如图22的MeshVolumes拾取对话框，鼠标拾取编号为9的体，单击OK按钮。

网格划分后的结果如图23所示。

图21图22

图23左管板部分网格

3、删除粘贴在一起的面10和12：

MeshingConcatenateDelConcatsAreas命令，粘贴在一起的面自然分开。

4、划分有段管板部分网格：

执行UtilityMenuPlotVolumes命令，显示体。

重复2的步骤，给编号为10的体进行网格划分。

给编号为26、27、30、31的线划分为10份，给编号为69、70、71、72的线划分为5