WORKBENCH对保温桶的稳态热分析

2016-10-21  by:CAE仿真在线  来源:互联网

【问题描述】

一个保温桶,由4层组成。从外到内依次是:钢,铝,复合材料,铝。桶内是热水,而桶外是空气。需要确定桶壁的温度场分布。已知:桶内半径是0.1米,桶长度为0.1米,从内到外,4层厚度分别是0.01米,0.02米,0.01米,0.005米,钢,复合材料,铝的导热系数分别是60.5(瓦/米度),0.055(瓦/米度),236(瓦/米度),水温80摄氏度,空气温度为摄氏度,空气对流系数是12.5(瓦/平方米度).

(《注》该例子来自于许京荆编著的《ANSYS 13.0 WORKBENCH数值模拟技术》,2012年)

【建模分析】

1.这是一个稳态热分析问题,需要使用steady-state thermal模块。

2. 这是一个轴对称问题,只需要分析其一个径向截面,然后用2D分析的轴对称进行处理。

3.几何建模。在DM中创建四个草图,然后分别形成四个面体,再形成一个多体构件。

4.边界条件。对里层使用温度边界条件,对外层设置对流换热边界条件。

【求解过程】

1. 打开ANSYS WORKBNCH14.5。

2. 创建稳态热分析系统。

3. 设置三种材料的导热系数。

双击engineering data,打开工程数据,新创建三种材料,分别是STEEL,AL,compound,并分别设置其导热系数。

钢材的导热系数

铝的导热系数

复合材料的导热系数

创建完毕,退回到项目中。

4.创建几何模型。

双击geometry,进入到DM中。选择长度的单位是米。

在XOY面内创建四个草图。

这四个草图是四个相邻的矩形,其位置及尺寸如下图。

分别由这4个草图生成4个面。

其图形如下

将上述四个物体生成一个多体构件。

几何建模结束,存盘,退出DM.

然后设置几何体的属性是2D,表明下面准备做的是2D分析。

5.为各几何体分配材料。

双击model,进入到mechanical.

首先选中geometry,在其属性栏中设置是做轴对称分析。

然后为各个几何4体分配材料。

6.划分网格。

进行映射网格划分。

考察网格质量

可见,网格质量良好。

7.设置边界条件。

设置内层温度为80度,即热水的温度。

设置外层为对流换热。环境温度20度,对流换热系数是12.5.

8.求解。

9.后处理。

查看温度的分布

可见,在最里层及外面的两层,温度基本上均匀分布,而在复合材料层,则温度从内到外逐渐降低。由于该层是复合材料层,导热系数很小,所以阻碍了热量的传递,而此层的温度梯度最大。

查看总的热通量

可见,热通量由内向外逐步减少。

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