Ansys的稳态热分析！

Amaris

一、问题描述

•    热气体的温度是600 °F。内部的对流热交换系数是0.40 BTU/hr-in2-°F。

•    外部大气温度是100 °F。外部的对流热交换系数为0.025 BTU/hr-in2-°F。

•    每个肋骨端部热流为 -20 BTU/in2 。

分析目标:

•    分析其中最小的循环部分，要求得到如下结果:   

1) 温度场分布。

2) 肋骨上下端面的对流热耗散

二、步骤

1、建立有限元模型

本例题实体模型关于轴对称，建模时可利用平面单元建模，在单元属性选项设置成轴对称，选用Plane55平面单元和surf151表面效应单元建立模型。

2、生成表面效应单元

生成定义SURF151需要的“附加结点”，选择结点号1000, 比其他任意结点号码都大，以使得“附加” 结点容易辨认。生成表面效应单元。

3、施加载荷和边界条件

热流施加在例题的叶片顶端；作为线上的实体模型载荷施加。

管和叶片外表面施加对流。这里，对流载荷施加在几何模型上。

4、在内径表面效应单元上施加对流载荷。

注:由于这些单元覆盖载PLANE55单元上，如果将表面效应单元从模型中分离出来，在施加载荷时会容易一些。使用选择技术选出所有2号单元，然后点击 “OK”。列出单元可以检查所有的平面效果单元(类型2)都被选中。

将均匀对流载荷直接施加在表面效应单元上，将均匀对流载荷直接施加在表面效应单元上。

5、求解及结果分析

绘制结果云图时，可以选择节点或单元数据:

节点DOF 结果是求得的节点温度数值。温度云图在单元边界上是连续的。

单元梯度/热流结果 是由温度求解(如热流的x分量)推导的项。这些数据先由单元积分点计算并在单元节点上插值。由于这些数据是基于单元计算的，没有在公共节点上平均，这些项目的云图通常是不连续的。

节点梯度/热流结果 是在公共节点平均的单元项。因为在每个节点上只有一个平均值 (象节点DOF解), 节点数值的云图显示是连续的。

在通用求解器下的结果显示如下。

6、结果分析

下面，我们使用两种不同的方法检查结果。首先，我们得到管/叶片面和周围流体的热流损失。然后我们检查从内部管面流入的热。这些数值应该是相等的。

定义单元表收集数据，定义ETABLE项目，使用序列号码。收集所有PLANE55单元所有面上的数据，列出所有结果数据的总和。

ETABLE元素总和表示PLANE55单元对流带来的热消耗。 将叶片尖端的热损失相加，结果应等于从管内径输入系统的热。

Sum=32.0515+175.856=207.9075

要计算叶片尖端的热损失，计算面积并乘以热流密度数值:

Surfacearea=2πrh=(2) π(4)(0.125)=3.14159

3.14159×HeatFlut=3.14159×20=62.8318

外表面总的热损失 = 对流损失 + 热流损失

所以，总得热量损失：

TotalHeatLoss=207.91+62.83=270.74

然后，我们将平面效果单元附加节点的响应结果与之比较。

这里，显示节点1000(平面效果单元定义时的附加节点)的响应结果 。

现在，使用两种方法比较结果:

1.)  ETABLE (对于对流) + 热流数值 = 270.74

2.)  附加节点响应结果 = 270.74

结果与预期的一致。

7、生成模型外表面温度随距离变化的函数图形。

选择3 顶点定义路径，选择温度映射到路径上。注意在单元平均结果选项打开; 数据命名为 “toptemp”，选择要绘制的项目，生成 “toptemp”数据图形。

8、命令流

/Title,stltube

!进入前处理

/PREP7

ET,1,PLANE55  !定义单元

ET,2,SURF151

KEYOPT,1,1,0  !定义单元属性

KEYOPT,1,3,1

KEYOPT,1,4,0

KEYOPT,1,8,0

KEYOPT,1,9,0

KEYOPT,2,1,0

KEYOPT,2,2,0

KEYOPT,2,3,1

KEYOPT,2,4,1

KEYOPT,2,5,1

KEYOPT,2,6,0

KEYOPT,2,7,0

KEYOPT,2,8,2

KEYOPT,2,9,0

!*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,KXX,1,,0.75    !定义热传导率

RECTNG,2,2.5,0,0.375,  !创建几何模型

RECTNG,2,4,0,0.125,

FLST,2,2,5,ORDE,2  

FITEM,2,1  

FITEM,2,-2

AOVLAP,P51X

TYPE,   1  

MAT,       1

REAL,  

ESYS,       0  

SECNUM,

!划分单元网格

ESIZE,0.06,0,  

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,1

!*

FLST,5,3,5,ORDE,2  

FITEM,5,3  

FITEM,5,-5

CM,_Y,AREA

ASEL, , , ,P51X

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'  

CMSEL,S,_Y

!*

AMESH,_Y1  

!*

CMDELE,_Y  

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!*

TYPE,   2  

MAT,       1

REAL,  

ESYS,       0  

SECNUM,

!*

N,1000,1,0.25,,,,,

FLST,5,9,1,ORDE,7  

FITEM,5,1  

FITEM,5,14

FITEM,5,23

FITEM,5,-24

FITEM,5,46

FITEM,5,55

FITEM,5,-58

CM,_Y,node

NSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,node

CMSEL,,_Y  

!*

CMSEL,,_Y1

ESURF,1000

CMSEL,,_Y  

CMDELE,_Y  

CMDELE,_Y1

!*

FINISH

/SOL

!*

ANTYPE,0

LPLOT  

FLST,2,1,4,ORDE,1  

FITEM,2,6  

!*

SFL,P51X,HFLUX,-20,

FLST,2,2,4,ORDE,2  

FITEM,2,12

FITEM,2,15

!*

SFL,P51X,CONV,0.025, ,100,

ESEL,S,TYPE,,2

FLST,5,8,2,ORDE,2  

FITEM,5,148

FITEM,5,-155

CM,_Y,ELEM

ESEL, , , ,P51X

CM,_Y1,ELEM

CMSEL,S,_Y

CMDELE,_Y  

!*

SFE,_Y1,_Z4,CONV, ,0.4

SFE,_Y1,_Z4,CONV,2,

CMDELE,_Y1

!*

NPLOT  

FLST,2,1,1,ORDE,1  

FITEM,2,1000

!*

D,P51X, ,600, , , ,TEMP, , , , ,

ALLSEL,ALL

SOLVE  

FINISH

!进入后处理

/POST1

PLNSOL, TEMP,, 0

ESEL,S,TYPE,,1

PLNSOL, TF,SUM, 0  

PLNSOL, TG,SUM, 0

来源：CAE技术联盟