1、Workbench Simulation Heat Transfer 11 0 Workshop 10 流体热单元和热应力分析 Workshop 10 流体热单元和热应力分析 流体热单元和热应力分析 流体热单元和热应力分析 Inventory 002557 WS10 1 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary分析 Workshop Supplement 一个有内部热源的物块 4m x 10m x 1m 通过三个 水流通道 直径
2、0 25m 进行冷却 计算流体的最大温度和全部的热流 通道由一维流体热单元 Pipe 进行建模 水流通道 以线框方式查 看 Inventory 002557 WS10 2 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary分析参数 Workshop Supplement 材料属性 使用钢材料 h VD Re 使用钢材料 顶部表面热源 2 0 x10 5 Watts Re 水流和钢之间的对流热传导系数 假设其值为100 watts m 2
3、C 已知通道中水流的Reynolds数为 4 2 h D V m 已知通道中水流的Reynolds数为 50 000 管道单元的输入为质量流速 在这些计 算中 假设速 度为10 10 3 P Re d m 算中 假设速 度为1 0 x10 3 Pa s 4 s kg m 8 9 4 25 14159 3 001 50000 Inventory 002557 WS10 3 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary启动几何文件 Wo
4、rkshop Supplement 双击几何文件passages agdb 查看实体模型 附加三条线 查看实体模型 附加三条线 用来表示水流 Solid Center Right Left 查看参数管 中的内容 查看参数管 理器中的内容 返回到Project页 然后启动 一个新的仿真分析 高亮 Inventory 002557 WS10 4 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary仿真 Workshop Supplement 使
5、用米作为长度单位 Inventory 002557 WS10 5 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary指定水的材料属性 Workshop Supplement 在Geometry 下 高亮 Center 找到默认设置 Structural Steel 在水的细节栏中 左击Structural Steel 然后选择新材 料 右击NM ti l 输入值并重命名为Wt 右击New Material 输入值并重命名为Water In
6、ventory 002557 WS10 6 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary设置材料属性 Workshop Supplement 类似的 设置其他两条水流通道 的材料属性 的材料属性 在Right 和Left下 将 Sl S l 替代为 Structural Steel替代为 Water Inventory 002557 WS10 7 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights rese
7、rved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary钢的材料属性 Workshop Supplement 接受Simulation定义的钢材 料属性 料属性 Inventory 002557 WS10 8 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary分析类型 Workshop Supplement New Analysis Steady State Thermal
8、 Inventory 002557 WS10 9 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary水流的几何 命令行 Workshop Supplement 单元类型 默认情况下 Si l ti 将线定义为梁 我们使用命令行来覆盖这个默认 默认情况下 Simulation将线定义为梁 我们使用命令行来覆盖这个默认 定义 FLUID116单元必须用合适的关键字选项进行明确定义 几何 使用 一维单元进行水流通道的建模 并不直接进行几何建模
9、使用 维单元进行水流通道的建模 并不直接进行几何建模 水流直径和横截面由实常数定义 尺寸 尺寸 分析使用国际单位 Inventory 002557 WS10 10 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary水流的几何 命令行 Workshop Supplement 右击Geometry 分支下的 Center 插入命令行 除非在给定的单元类型下 使用多个单元形状 否则材料特征号参数 matid 就等同于单元号和实常数号 除非在给定
10、的单元类型下 使用多个单元形状 否则材料特征号参数 matid 就等同于单元号和实常数号 Simulation 的 matid 意味着不需要知道具体单元号和实常数号 就可以对他 们进行操作 将其分配到 模型上 Inventory 002557 WS10 11 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary水的几何 命令行 Workshop Supplement 使用命令行设置单元类型FLUID116 计算实常数数据 并进行分配 复制命
11、令行 将其用于 Right 和 Left Inventory 002557 WS10 12 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary热载荷 Workshop Supplement 右击Steady State Thermal 插入Heat flow 确认选择过滤器设置为表面 点击所示的表面 确认选择过滤器设置为表面 点击所示的表面 apply 设置数值 Inventory 002557 WS10 13 July 14 2008
12、2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary分配热流 Workshop Supplement Inventory 002557 WS10 14 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary流体单元的命名选择组件 Workshop Supplement 使用ANSYS 命令来建立表面单元 需要用到对
13、流表面 以及流体单元的命名选择组件 高亮 Center 右击 Create Selection Group 如图所示 建立单元组件的命名 高亮 Center 右击 Create Selection Group 如图所示 建立单元组件的命名 对 Left 和 Right 进行类似的操作 Inventory 002557 WS10 15 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary对流表面单元的命名选择组件 Workshop Suppl
14、ement 高亮Solid 对流表面 通道的内部 是它的一部分 然后右击 选择Create Selection Group 对其命名 Group 对其命名 Inventory 002557 WS10 16 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary命名选择组件 Workshop Supplement 高亮Leftconvec 将其显示 将选择过滤器设为表面 然后对其重新定义 Inventory 002557 WS10 17 Jul
15、y 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary重新定义命名选择 Workshop Supplement 通过一系列选择平面来选择如图所示的表面 选中后会显示为绿 色 然后转到细节栏下的Geometry 显示 为1 Body 点击Apply 结果显示在下一页 结果显示在下 页 Inventory 002557 WS10 18 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench S
16、imulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary对流表面的命名组件 Workshop Supplement 在Center 和Right上进行相同的操作 现在显示为1 Face 现在显示为1 Face Inventory 002557 WS10 19 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary所有定义的命名选择组件 Workshop Supplement Inventory 002557
17、WS10 20 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary指定流体方向 Workshop Supplement 如Chapter 7 所述 当温度是单元唯一的自由度时 SFE 命令被用来指定质量流速 热流的正方向和线的方向相同 热流的正方向和线的方向相同 返回到Simulation 找出线的方向 Line directions 在 View 中选择 Cross Section Alignments 然后就会显示出线的方向 Inve
18、ntory 002557 WS10 21 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary线的方向由蓝色箭头指出 Workshop Supplement Inventory 002557 WS10 22 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary回到Simulation 更
19、多的命令行 Workshop Supplement 右击Steady State Thermal 指定质量流速 创建对流表 面的表面单元以及将其与流 体单元连接 体单元连接 Inventory 002557 WS10 23 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary命令行 查看下张幻灯片 Workshop Supplement Inventory 002557 WS10 24 July 14 2008 2008 ANSYS Inc
20、 All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary注意 Solution中的命令行 Workshop Supplement 使用单元类型号来定义表面单元类型的功能在Simulation中不能直接获得 所以需要 选择一个大的单元类型号 50 这些命令行需要在Solution之前执行 在执行这些命令时ANSYS 会进入SOLU模式 所以这些定义需要暂时返回到Prep7中 表面单元需要利用关键字选项进行设置 前面已经建立了命名选择 在设置NDSURF命令时需要小心的输入这些命名 如图所示定义质量流
21、速 使用先前的计算值9 8 kg s 对表面单元定义热导率 热传递的环境温度来自流体单元 Inventory 002557 WS10 25 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary温度边界条件 Workshop Supplement 在线开始的位置 指定入口处温度 需要将选择过滤器设为顶点 而不是线或面 需要将选择过滤器设为顶点 而不是线或面 使用右击 重命名边界条件 Inventory 002557 WS10 26 July
22、14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary求解 Workshop Supplement 一旦完成求解 在Solution 上右击 插入Thermal Temperature 将选择过滤器设为边以便进行线的 选择 在施加热载荷的顶面上 添加一个温度云图显示 完成结果项添加后 右击重新进行结果计算 Inventory 002557 WS10 27 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved W
23、orkbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary热源平面的温度 Workshop Supplement 下图显示了热源平面的温度 说明流体通道对此结果几乎没有影响 预计 重新定义左侧和右侧管道的位置可以使温度改变更平滑 预计 重新定义左侧和右侧管道的位置可以使温度改变更平滑 Inventory 002557 WS10 28 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary热平
24、衡 Workshop Supplement 观察出口温度 左侧 51 661C T C m Q p 左侧 51 661C 中间 51 483C 右侧 51 665C 665 1 483 1 661 1 4187 8 9 Q watts x Q 5 10 9733 1 1 3 损失 Inventory 002557 WS10 29 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary进一步的分析 Workshop Supplement 将指定
25、一个热应力进行约束 对外侧的两个管道的位置进行重定义 以改变温度分配和减小应力 为了进行热 应力求解 为了进行热 应力求解 在 Temperature 结果项上右击 选择 Generate Static Analysis With Thermal Condition Simulation将自动插入一个Static Structural 的分支 其 Initial Condition 包含了 Steady State Thermal 分支的温度结果 在Static Structural分支中 包含了结构载荷和支撑 求解此结构分支 Inventory 002557 WS10 30 July 14
26、2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary进一步的分析 Workshop Supplement 热应力及减小热应力的设计 Simulation允许 直接建立来源于热分析的热应力分析 右击Temperature结果 插入 Static Structural Analysis Simulation将自动的插入 一 个Static Structural分支 其 Initial Simulation将自动的插入 个Static Structural 分支
27、 其 Initial Condition 包含了 Steady State Thermal 的温度结果 在顶面建立固定支撑 注意到水流仍将是分析模型的 部分 注意到水流仍将是分析模型的 一 部分 为它的弹性模量分配一个伪数值 热膨胀系数为0 认为 水 不表现出应力 因为在应力分析中抑制了水域 Simulation将认为模型改变了 然后重新求 解热问题 这将不起作用 Inventory 002557 WS10 31 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS In
28、c Proprietary步骤 Workshop Supplement 插入弹性模量的值 热膨胀系数为 Inventory 002557 WS10 32 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary静分析 Workshop Supplement Inventory 002557 WS10 33 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation H
29、eat Transfer ANSYS Inc Proprietary边界条件 Workshop Supplement 热分析的终止时间 只可选择一个时刻 被用作定 义温度载荷 固定支撑 可以在任何表面指定 固定支撑 可以在任何表面指定 Inventory 002557 WS10 34 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary添加应力结果项 Workshop Supplement 在施加固定支撑的平面上 添加V Mi St 结 在
30、施加固定支撑的平面上 添加Von Mises Stress 结 果项 求解 求解 Inventory 002557 WS10 35 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary应力结果 Workshop Supplement Inventory 002557 WS10 36 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transf
31、er ANSYS Inc Proprietary改变外侧管道的位置 Workshop Supplement 返回到Project 页 然后打开 Design Modeler 集合文件 打开参数管理器 打开参数管理器 将参数DS i ht i 和DS l ft i 改为125 将参数DS rightpipe 和DS leftpipe 改为1 25 生成 Inventory 002557 WS10 37 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Propr
32、ietary返回到Simulation 更新模型 Workshop Supplement Inventory 002557 WS10 38 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary新的结果 Workshop Supplement 将其与先前的结果进行比较 顶面温度分布 顶面温度分布 40 88C 与14 9C 最大应力 1 083E 9 Pa 与 1 063E 9 Pa Inventory 002557 WS10 39 July 14 2008 2008 ANSYS Inc All rights reserved Workbench Simulation Heat Transfer ANSYS Inc Proprietary
