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1、ANSYS 传热分析实例汇总实例1: 某一潜水艇可以简化为一圆筒,它由三层组成,最外面一层为不锈钢,中间为玻纤隔热层 ,最里面为铝层,筒内为空气,筒外为海水,求内外壁面温度及温度分布。几何参数: 筒外径30 feet 总壁厚2 inch 不锈钢层壁厚0、75 inch 玻纤层壁厚1 inch 铝层壁厚0、25 inch 筒长200 feet 导热系数不锈钢8、27 BTU/hr 、 ft 、oF 玻纤0、028 BTU/hr 、 ft 、oF 铝117、 4 BTU/hr 、 ft 、oF 边界条件空气温度70 oF 海水温度44、5 oF 空气对流系数2、5 BTU/hr 、 ft2、oF
2、海水对流系数80 BTU/hr 、 ft2、oF 沿垂直于圆筒轴线作横截面,得到一圆环,取其中1 度进行分析,如图示。不锈钢玻璃纤维铝R15 feet海水空气以下分别列出log 文件与菜单文件。/, Steady1 /title, Steady-state thermal analysis of submarine /units, BFT Ro=15 !外径 (ft) Rss=15-(0、75/12) !不锈钢层内径ft) Rins=15-(1、75/12) !玻璃纤维层内径(ft) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - -
3、 - - - - - -第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总Ral=15-(2/12) !铝层内径(ft) Tair=70 !潜水艇内空气温度Tsea=44、5 !海水温度Kss=8、27 !不锈钢的导热系数(BTU/hr 、ft、oF) Kins=0 、028 !玻璃纤维的导热系数(BTU/hr 、ft、oF) Kal=117、4 !铝的导热系数(BTU/hr 、ft、oF) Hair=2 、5 !空气的对流系数(BTU/hr 、ft2、oF) Hsea=80 !海水的对流系数(BTU/hr 、ft2、oF) /prep7 et,1,p
4、lane55 !定义二维热单元mp,kxx,1,Kss !设定不锈钢的导热系数mp,kxx,2,Kins !设定玻璃纤维的导热系数mp,kxx,3,Kal !设定铝的导热系数pcirc,Ro,Rss,-0、 5,0、5 !创建几何模型pcirc,Rss,Rins,-0、5,0、5 pcirc,Rins,Ral,-0 、5,0、5 aglue,all numcmp,area lesize,1,16 !设定划分网格密度lesize,4,4 lesize,14,5 lesize,16,2 eshape,2 !设定为映射网格划分mat,1 amesh,1 mat,2 amesh,2 mat,3 ame
5、sh,3 /SOLU SFL,11,CONV ,HAIR,TAIR !施加空气对流边界SFL,1,CONV,HSEA,TSEA !施加海水对流边界SOLVE /POST1 PLNSOL ！输出温度彩色云图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总finish 菜单操作: 1.Utility Menu jobename, 输入Steady1; 2.Utility Menu title,输入 Steady-state
6、 thermal analysis of submarine; 3.在 命令行输入:/units, BFT; 4.M ain Menu: Preprocessor; 5.M ain Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete, 选择 PLANE55; 6.M ain Menu: PreprocessorMaterial Prop-Constant-Isotropic, 默认材料编号为1,在 KXX 框中输入 8、27,选择 APPLY,输入材料编号为2,在 KXX 框中输入0、028,选择 APPLY,输入材料编号为3,在 KXX 框中输入117
7、、4; 7.M ain Menu: Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleBy Dimensions ,在 RAD1 中输入 15,在 RAD2 中输入 15-(、75/12),在 THERA1 中输入 -0、5,在 THERA2 中输入 0、 5,选择 APPLY,在 RAD1 中输入 15-(、 75/12),在 RAD2 中输入 15-(1、 75/12),选择 APPLY,在 RAD1中输入 15-(1、75/12),在 RAD2 中输入 15-2/12,选择 OK; 8.M ain Menu: Preprocessor-Modeling-O
8、perate-Booleane-GlueArea,选择 PICK ALL; 9.M ain Menu: Preprocessor-Meshing-Size Contrls-Lines-Picked Lines,选择不锈钢层短边,在NDIV框中输入4,选择 APPLY,选择玻璃纤维层的短边,在 NDIV 框中输入5,选择 APPLY,选择铝层的短边,在 NDIV 框中输入2,选择 APPLY,选择四个长边,在 NDIV 中输入 16; 10.Main Menu: Preprocessor-Attributes-DefinePicked Area,选择不锈钢层,在 MAT 框中输入1,选择 APP
9、LY,选择玻璃纤维层,在 MA T 框中输入2,选择 APPLY,选择铝层 ,在 MAT 框中输入 3,选择 OK; 11.Main Menu: Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3 or 4 sided,选择 PICK ALL; 12.Main Menu: Solution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOn lines,选择不锈钢外壁,在VALI 框中输入80,在 VAL2I 框中输入 44、5,选择 APPLY,选择铝层内壁,在 VALI 框中输入2、5,在 VAL2I 框中输入70,选择 OK; 13.Main M
10、enu: Solution-Solve-Current LS; 14.Main Menu: General PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu,选择 Temperature。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总对流换热系数定义 :流体与固体表面之间的换热能力,比如说 ,物体表面与附近空气温差1 ,单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。单位为W/
11、(m2 )。表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位、 表面与流体之间的温差以及流体的流速等都有密切关系。物体表面附近的流体的流速愈大,其表面对流换热系数也愈大。如人处在风速较大的环境中,由于皮肤表面的对流换热系数较大,其散热 (或吸热 )量也较大。对流换热系数可用 经验公式 计算 ,通常用巴兹公式计算。的大致量级 :空气自然对流 5 25 ,气体强制对流 20 100。实例 2: 一钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图所示: 砂模的热物理性能如下表所示: 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - -
12、 - - - - -第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总单位制导热系数 (KXX) Btu/hr 、in、oF 0、 025 密度 (DENS) lbm/in30、 254 比热 (C) Btu/lbm 、oF 0、28 铸钢的热物理性能如下表所示: 单位制0oF 2643oF 2750oF 2875oF 导热系数Btu/hr、in、oF 1、44 1、54 1、22 1、22 焓Btu/in30 128、1 163、8 174、2 初始条件 :铸钢的温度为2875oF,砂模的温度为80oF; 砂模外边界的对流边界条件:对流系数 0、01
13、4Btu/hr 、in2、oF,空气温度80oF; 求 3 个小时后铸钢及砂模的温度分布。/Title, Casting Solidification !进入前处理/prep7 et,1,plane55 ！定义单元mp,dens,1,0、254 ！定义砂模热性能mp,kxx,1,0 、025 mp,c,1,0、28 mptemp,1,0,2643,2750,2875 ！定义铸钢的热性能mpdata,kxx,2,1、44,1、54,1、22,1、22 mpdata,enth,2,0,128、1,163、8,174、2 mpplot,kxx,2 mpplot,enth,2 save ！创建几何模型
14、k,1,0,0,0 k,2,22,0,0 k,3,10,12,0 k,4,0,12,0 /pnum,kp,1 /pnum,line,1 /pnum,area,1 /Triad,ltop kplot a,1,2,3,4 save rectng,4,22,4,8 aplot aovlap,all adele,3 aplot save 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总！划分网格esize,1 amesh,5
15、mat,2 aplot amesh,4 eplot /pnum,elem /number,1 save ！进入加载求解/SOLU antype,trans ！设定为瞬态分析esel,s,mat,2 ！设定铸钢的初始温度nsle,s /replot ic,all,temp,2875 esel,inve ！设定砂模的初始温度nsle,s /replot ic,all,temp,80 allsel save lplot sfl,1,CONV,0 、014,80 ！设定砂模外边界对流sfl,3,CONV,0 、014,80 sfl,4,CONV,0 、014,80 /psf,conv,2 time,3
16、 ！设定瞬态分析时间kbc,1 ！设定为阶越的载荷autots,on ！打开自动时间步长deltim,0 、01,0、001,0、25 ！设定时间步长timint,on ！打开时间积分tintp,1 ！将 THETA 设定为 1 outres,all,all ！输入每个子步的结果solve ！进入后处理/post26 /pnum,node,1 /number,0 eplot nsol,2,204,temp,center ！设定铸钢中心点温度随时间的变量plvar,2 ！绘制温度时间曲线save 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 -
17、- - - - - - - - -第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总finish 菜单操作 : 1.Utility Menu Title, 输入 Casting Solidification; 2.定义单元类型 :Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete, Add, Quad 4node 55; 3.定义砂模热性能:Main MenuPreprocessorMaterial PropsIsotropic, 默认材料编号1, 在Density(DENS) 框中输入 0、 054, 在
18、 Thermal conductivity (KXX)框中输入 0、 025, 在 Specific heat(C)框中输入0、28; 4.定义铸钢热性能温度表:Main MenuPreprocessorMaterial Props-Temp Dependent-Temp Table, 输入 T1=0,T2=2643, T3=2750, T4=2875; 5.定义铸钢热性能:Main MenuPreprocessorMaterial Props-Temp Dependent -Prop Table, 选择 Th Conductivity, 选择 KXX, 输入材料编号2,输入 C1=1、 44
19、, C2=1、 54, C3=1、 22, C4=1、22,选择 Apply, 选择 Enthalpy,输入 C1=0, C2=128 、1, C3=163、8, C4=174、2; 6.创建关键点 :Main MenuPreprocessor-Modeling-CreateKeypointsIn Active CS,输入关键点编号 1,输入坐标0,0,0, 输入关键点编号2, 输入坐标 22,0,0, 输入关键点编号3, 输入坐标 10,12,0, 输入关键点编号4, 输入坐标0,12,0; 7.创 建 几 何 模 型 :Main MenuPreprocessor-Modeling-Crea
20、te-Areas-ArbitraryThrough KPs,顺序选取关键点1,2,3,4; 8.Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy Dimension,输入X1=4,X2=22,Y1=4,Y2=8; 9.进行布尔操作:Main MenuPreprocessor-Modeling-Operate-Booleans-OverlapArea,Pick all; 10.删除多余面 :Main MenuPreprocessor-Modeling-DeleteArea and Below,3 11.保存数据库 :在 Ansys T
21、oolbar 中选取 SAVE_DB; 12.定 义 单 元 大 小 :Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Global-Size, 在Element edge length 框中输入1; 13.对砂模划分网格:Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Free,选择砂模 ; 14.对 铸 钢 划 分 网 格 :Main MenuPreprocessor-Attributes-DefineDefault Attribs, 在Material number 菜单中选择2; 15.Main MenuPrepro
22、cessor-Meshing-Mesh-Areas-Free,选择铸钢 ; 16.定义分析类型 :Main MenuSolution-Analysis Type-New Analysis, 选择 Transient; 17.选择铸钢上的节点:Utility MenuSelectEntities, 选择 element,mat,输入 2,选择 Apply, 选择node, attached to element,选择 OK; 18.定义铸钢的初始温度:Main MenuSolution-Loads- ApplyInitial Condit nDefine, 选择Pick all,选择 temp,
23、 输入 2875, OK; 19.选择砂模上的节点:Utility MenuSelectEntities,Nodes, inverse 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总20.定义砂模的初始温度:Main MenuSolution-Loads- ApplyInitial Condit nDefine, 选择Pick all, 选择 temp, 输入 80, OK; 21.Utility MenuSelec
24、tEverything; 22.Utility MenuPlotLines; 23.定义对流边界条件:Main MenuSolution-Loads-Apply-Thermal-ConverctionOn Lines,选择砂模的三个边界1,3,4, 在框中输入80, 在 Bulk temperature 框中输入 , 80; 24.设定瞬态分析时间选项: Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime-Time Step, Time at end of load step 3 Time Step size 0、01 Stepped or ram
25、ped b、c、Stepped Automatic time stepping on Minimun time Step size 0、 001 Maximum time step size 0 、 25 25.设 置 输 出 :Main MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrlsDB/Results File, 在frequency 框中选择Every substep; 26.求解 :Main MenuSolution-Solve-Current LS; 27.进入后处理 : Main MenuTimehist Postproc; 28.定义铸钢中心节点的温
26、度变量:Main MenuTimehist PostprocDefine Variables, Add, Nodal DOF result,2,204; 29.绘制节点温度随时间变化曲线:Main MenuTimehist PostprocGraph Variable,2 。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - - ANSYS 传热分析实例汇总精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - - -