ANSYS瞬态热分析的经典实例（铁块入水热分析）

2017-03-02  by:CAE仿真在线  来源:互联网

一个30公斤重、温度为70℃的铜块,以及一个20公斤重、温度为80℃的铁块,突然放入温度为20℃、盛满了300升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。过了一个小时,求铜块与铁块的最高温度(假设忽略水的流动)。

材料热物理性能如下:

热性能	单位制	铜	铁	水
导热系数	W/m℃	383	70	.61
密度	Kg/m3	8889	7833	996
比热	J/kg℃	390	448	4185

菜单操作过程:

一、设置分析标题

1、选择“Utility Menu>File>Change Jobname”,输入文件名Transient1。

2、选择“Utility Menu>File>Change Title” 输入Thermal Transient Exercise 1。

二、定义单元类型

1、选择“Main Menu>Preprocessor”,进入前处理。

2、选择“Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete”。选择热平面单元plane77。

三、定义材料属性

1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”,在弹出的材料定义窗口中顺序双击Thermal选项。

2、点击Conductivity,Isotropic,在KXX框中输入383;点击Density,在DENS框中输入8898;点击Specific Heat,在C框中输入390。

3、在材料定义窗口中选择Material>New Model,定义第二种材料。

4、点击Conductivity,Isotropic,在KXX框中输入70;点击Density,在DENS框中输入7833;点击Specific Heat,在C框中输入448。

5、在材料定义窗口中选择Material>New Model,定义第三种材料。

6、点击Conductivity,Isotropic,在KXX框中输入.61;点击Density,在DENS框中输入996;点击Specific Heat,在C框中输入4185。

四、创建几何模型

1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Retangle>By Dimensions”,输入X1=0, Y1=0, X2=0.6, Y2=0.5, 点击Apply;输入X1=0.15, Y1=0.225, X2= 0.225,Y2=0.27, 点击Apply;输入X1=0.6-0.2-0.058, Y1=0.225, X2=0.6-0.2, Y2=0.225+0.044, 选择OK。

2、选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>Booleans>Overlap”,选择Pick All。

3、选择“Utility Menu>Plotctrls>Numbering>Areas, on”。

4、选择“Utility Menu>Plot>Areas”。

五、划分网格

1、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”,选择材料1。

2、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Size Cntrls->-Manualsize->-Global->Size”,输入单元大小0.02。

3、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”,选择铜块。

4、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”,选择材料2。

5、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”,选择铁块。

6、选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”,选择材料3。

7、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Size Cntrls->-Manualsize->-Global->Size”,输入单元大小0.05。

8、选择“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Free”,选择水箱。

9、选择“Utility Menu>Plot>Area”。

六、进行稳态分析设置初始条件

1、选择“Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis”,选择Transient,定义为瞬态分析。

2、选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time Integration”,将TIMINT设定为 off,首先进行稳态分析。

3、选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time-Time Step”,设定TIME为0.01、DELTIM也为0.01

4、选择“Utility Menu: Select>Entities”,在对话框中自上而下依次选择:Elements,By Attributes,Material num,在“Min, Max”框中输入3,选择From Full,点击APPLY;选择选择Nodes,Attached to, Element,点击OK。

5、选择“Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes”,选择Pick All, 输入20。

6、选择“Utility Menu: Select>Entities”,在对话框中自上而下依次选择:Elements,By Attributes,Material num,在“Min, Max”框中输入2,选择From Full,点击APPLY;选择选择Nodes,Attached to, Element,点击OK。

7、选择“Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes”,选择Pick All, 输入80。

8、选择“Utility Menu>Select>Entities”,在对话框中自上而下依次选择:Elements,By Attributes,Material num,在“Min, Max”框中输入1,选择From Full,点击APPLY;选择选择Nodes,Attached to, Element,点击OK。

9、选择“Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes”,选择Pick All, 输入70。

10、选择“Utility Menu>Select Everything”。

11、Main Menu>Solution>-Solve->Current LS”。

七、进行瞬态分析

1、选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time-Time Step”,设定TIME=3600,DELTIM=26, 最小、最大时间步长分别为2, 200, 将Autots设置为ON。

2、选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time Integration”,将TIMINT设置为ON。

3、选择“Main Menu>Solution>-Loads->Delete>-Thermal->Temperature>On Nodes”,选择Pick All,删除稳态分析定义的节点温度。

4、选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Output Ctrls->DB/Results”,选择Every Substeps。

5、选择“Main Menu>Solution>-Solve->Current LS”。

八、后处理

1、选择“Main Menu>TimeHist PostPro”,进入POST26。

2、选择“Main Menu>TimeHist PostPro>Define Variables”,点击Add,选择Solution summary,点击OK,在User specified label框中输入dtime,选择Solution Items和Step Time,点击OK定义子步时间为2号变量。

3、选择“Main Menu>TimeHist PostPro>Define Variables”,点击Add,选择Nodal result,点击OK,在User specified label框中输入T_Copper,在Node number框中输入node(0.1875,0.2475,0),点击OK定义3号变量。同理可以定义其他节点解。

4、选择“Main Menu>TimeHist PostPro>Graph Virables”,输入变量代号,显示各变量随时间变化的曲线。

5、选择“Main Menu>General Postproc”,进入POST1。

6、选择“Main Menu>General Postproc>-Read Results->Last set”。

7、选择“Main Menu>General Postproc>Plot result>Nodal Solution”,选择temperature。

等效的命令流方法

/filename,transient1

/title, Thermal Transient Exercise 1

!进入前处理

/prep7

et,1,plane77! 定义单元类型

mp,kxx,1,383! 定义材料热性能参数

mp,dens,1,8889!1~铜,2~铁,3~水

mp,c,1,390

mp,kxx,2,70

mp,dens,2,7837

mp,c,2,448

mp,kxx,3,0.61

mp,dens,3,996

mp,c,3,4185

!创建几何实体

rectnag,0,0.6,0,0.5

rectang,0.15,0.225,0.225,0.27

rectang,0.6-0.2-0.058,0.6-0.2,0.225,0.225+0.044

aovlap,all!布尔操作

/pnum,area,1

aplot

!划分网格

aatt,1,1,1

eshape,2

esize,0.02

amesh,2

aatt,2,1,1

amesh,3

aatt,3,1,1

eshape,3

esize,0.05

amesh,4

/pnum,mat,1

eplot

finish

!加载求解

/solu

antype,trans

timint,off!先作稳态分析,确定初始条件

time,0.01!设定只有一个子步的时间很小的载荷步

deltim,0.01

esel,s,mat,,3

nsle,s

d,all,temp,20

esel,s,mat,,2

nsle,s

d,all,temp,80

esel,s,mat,,1

nsle,s

d,all,temp,70

allsel

solve!得到初始温度分布

!进行瞬态分析

time,3600

timint,on!打开时间积分

deltim,26,2,200!设置时间步长,最大及最小时间步长

autots,on!打开自动时间步长

ddelet,all,temp!删除稳态分析中定义的节点温度

outres,all,1!将每个子步的值写入数据库文件

solve

finish

save

!进入POST26后处理

/post26

solu,2,dtime,,dtime!2~每一子步采用的时间步长

nsol,3,node(0.1875,0.2475,0),temp,,T_Copper!3~铜块的中心点

nsol,4,node(0.371,0.247,0),temp,,T_Iron!4~铁块的中心点

nsol,5,node(30,0,0),temp,,T_H2O_Bot!5~水箱的底部

nsol,6,node(30,50,0),temp,,T_H2O_Top!6~水箱的顶部

nsol,7,node(0,25,0),temp,,T_H2O_Left!7~水箱的左部

nsol,8,node(60,25,0),temp,,T_H2O_Right!8~水箱的右部

Plvar,2

plvar,3,4,5,6,7,8

finish

!进入POST1后处理

/post1!设置为最后一个载荷子步

set,last

esel,s,mat,,1

nsle,s

plnsol,temp

esel,s,mat,,2

nsle,s

plnsol,temp

finish

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