1、工程计算方法与软件应用本科生大作业考核方式 ：考查（成绩按各软件的课外作业成绩综合给出） 。各软件讲完后 12 星期内上交作业。一、CAD/CAE 软件作业（每个学生完成下列任意一题）题目一：一端固定支撑，一端集中力的梁，横截面为 10x10cm，长为150cm，受集中载荷作用， P=50N。弹性模量 E=70GPa，泊松比r=0.2。用 ABAQUS 软件建模并计算最大应力和最大位移的位置和大小。（1） 二维；（2）三维图 1 梁受力简图题目二：图中所示为一个连接件，一端焊接到设备母体上，一端在圆柱销子作用下的圆孔，圆孔下半周受到 30 kN 的均布载荷作用，用ABAQUS 软件建模并计算最
2、大应力和最大位移的位置和大小。图 2 连接件受力简图题目三：如图 3 所示为一薄壁圆筒，在圆筒中心受集中力 F 作用，对此进行受力分析，并给出应力、位移云图，并求 A、B 两点位移。圆筒几何参数：长度 L=0.2m；半径 R=0.05m 壁厚 t=2.5mm。材料参数：弹性模量 E=120Gpa；泊松比 0.3载荷：F =1.5kN。图 3 薄壁管受力简图题目四 ：如图 4 所示为一燃气输送管道截面及受力见图，试分析管道在内部压力作用下的应力场。几何参数：外径 0.6m，内径 0.4m，壁厚 0.2m材料参数：弹性模量 E=120Gpa；泊松比 0.26载荷 P=1Mpa。图 4 燃气管受力简
3、图题目五：如图 5 为一三角桁架受力简图，途中各杆件通过铰链链接，杆件材料及几何参数见表 1 和表 2 所示，桁架受集中力F1=5kN、F 2=2.5kN 作用，求桁架各点位移及反作用力。图 5 三角桁架受力简图表 1 杆件材料参数E1/Pa E2/Pa E3/Pa 1 2 32.1Ee11 6.5e10 2.0e11 0.3 0.26 0.26表 2 杆件几何参数L1/m L2/m L3/m A1/m2 A2/m2 A3/m20.4 0.5 0.3 6e-4 9e-4 4e-4二、CFD 软件作业（每个学生完成下列任意一题）基本格式：选用经典算例或实际问题进行模拟，包括研究背景与意义，问题描
4、述，几何建模，物理建模，网格考核，数据验证和结果分析与讨论，参考文献。题目 1：等角速度旋转问题一圆柱形容器（见图 1） ，直径为 d=300mm，高 H=500mm，容器内装水，水深 h1=300mm，容器绕其中心铅直轴线等角速度旋转，计算转速分别为 20，40，60，80，100，120，140，160rpm 时的液面变化情况，并获得液体的压强规律。可以采用流体力学静力学的相关知识验证。图 1题目 2：流量计问题一标准孔板流量计，结构尺寸见图 2，管道内径 D 为 50mm，孔板厚度 E 为 3mm，节流孔厚度 e 为 0.8mm，求速度场的分布云图，压力的分布云图，不同 Re、 时管中心
5、压力 P 随轴向的变化曲线，孔板流量计的流出系数 C 随 Re、 的变化关系。计算工况表见下表1。 （每人计算 2 个工况，共 72 个工况） 。流出系数 C 的定义查找流体力学书籍或相关文献。图 2 孔板流量计结构表 1 计算工况表 Re10-40.20.30.40.50.60.750.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 10 50 102 103题目 3：换热问题一换热管（题 3.1 为圆形截面换热管，内径为 ；题为标准椭圆截面换热管mm ） ，管内介质为水，进口温度 20，计算换热管内的流动和换热过程，获得管内流体的速度场、温度场；获得Nu、f 随 Re 的变化关系，获得两种边界条件
6、下，各流体断面平均温度 tf 与壁面温度 Tw 随轴向的变化规律（参照传热学图 6-7） 。计算时管壁边界分别采用恒壁温（T w=50）和恒热流密度（q=50kW/m 2）两种边界条件计算。层流时 Re 分别取 500，1000，1500，2000；湍流时 Re 取 104，210 4，510 4，810 4，10 5。图 3.1 圆管 图 3.2 标准椭圆截面管题目 4： 圆柱等绕流的层流数值模拟在层流范围内利用 cfd 软件对圆柱等几何体进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目 5：圆柱等绕流的湍流数值模拟在湍流范围内利用 cfd 软件对圆柱等几何体进行数值模拟计算，与经典数据
7、或文献数据进行对比。题目 6：后台阶流动的层流模拟计算在层流范围内利用 cfd 软件对后台阶等几何体进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目 7：后台阶流动的湍流模拟计算在湍流范围内利用 cfd 软件对后台阶等几何体进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目 8：圆管等通道内的层流计算（恒热流）在层流范围内利用 cfd 软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目 9：圆管等通道内的湍流计算（恒热流）在湍流范围内利用 cfd 软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目 10：圆管等通道内的层流计算（恒壁温）在层流范围内利用
8、 cfd 软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目 11：圆管等通道内的湍流计算（恒壁温）在湍流范围内利用 cfd 软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。三、流程模拟技术及 ASPEN 软件作业（每个学生完成下列任意一题）题目 1、完成甲醇塔的热量及物料衡算要求：建立流程图；输入物料；选择合适的物性方法；查看计算结果。题目 2、 甲基环几烷(MCH)和甲苯(Toluene)由于沸点非常接近,采用普通的二元蒸馏方法难以分离,我们采用苯酚(Phenol) 抽提法来将二者分离,几乎纯净的甲基环几烷从塔顶回收。 回收的 MCH 纯度取决于苯酚的加入
9、量,模拟该工艺,研究该塔的性能,具体的工艺流程图和操作条件如下 :提示 :1、分离模块用 RadFrac 中的 FRACT12、物性方法采用 UNIFAC (甲苯沸点 231.13F,MCH 沸点 213.68F)3、在报告选项中要增加物流的摩尔分率工艺条件：题目 3、换热器的热量恒算工艺参数：某化工厂拟采用管壳式换热器回收甲苯的热量将正庚烷从 80 度预热到 130 度。正庚烷的流量为 40000KG/H；甲苯的流量为 39000KG/H，进口温度为 200 度；要求管壳两侧的压降均不能超过 30KPA。计算要求：用简捷法进行热量恒算。题目 4、用 A+软件来决定确保 MCH 蒸馏纯度 98%所需要的准确的苯酚进料量（设计规定练习） 。
