Radiation (1051195)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

CADFEM GmbH  Official ANSYS^, LS-DYNA3D^ and ADAMS^ Distributor

Лучистый теплообмен в замкнутой полости

Наименования продуктов ANSYS, в которых данный пример может быть выполнен	ANSYS/Multiphysics 5.5 ANSYS/Mechanical 5.5 ANSYS/Thermal 5.5 ANSYS/University 5.5 ANSYS/ED 5.5	Автор: Алексей Шадский, технический специалист фирмы CADFEM GmbH Тел.: (095) 468-8175, тел./факс: (095) 913-2300, e-mail: cadfem@online.ru
Дисциплина	Теплофизика
Тип анализа	Осесимметричный, стационарный, нелинейный
Демонстрируются	Генерация матрицы излучения в замкнутой полости с помощью вспомогательных элементов, создание суперэлемента и конвективный теплообмен с температурно-зависимым коэффициентом теплоотдачи

П

остановка задачи и алгоритм решения

Р

асчету подвергается упрощенная модель электровакуумного прибора в защитном кожухе. Моделируется лучистый теплообмен между шарообразным нагревательным элементом (в центре прибора), к которому подводится тепло постоянной мощности, и внутренней стенкой цилиндрического кожуха. Наружная стенка кожуха рассеивает тепло посредством конвективной теплоотдачи в среду с постоянной температурой, причем коэффициент теплоотдачи зависит от температуры наружной поверхности. Кожух и нагревательный элемент выполнены из одного материала (сталь). Задача формулируется как стационарная осесимметричная и требует нелинейного типа анализа, что влечет за собой необходимость задания начальной температуры для первой итерации. Поскольку лучистый теплообмен учитывается только для замкнутой полости, то задавать пространственный узел для расчета тепловых потерь не требуется. Для вычисления угловых коэффициентов между излучающими поверхностями (набранными из вспомогательных элементов) с учетом затенения используется генератор матрицы излучения, на основе которой создается суперэлемент с температурной степенью свободы.

Пример предназначен для изучения методики решения задач такого типа. С этой целью используется грубое разбиение (317 узлов и 313 элементов), что позволяет решить задачу быстро и на учебной версии программы ANSYS, но не подходит для получения детального решения. Используется система единиц СИ и шкала температур Цельсия.

Пошаговое описание процедуры решения

1. Задание типа элементов и свойств материала

Входим в препроцессор /PREP7 и задаем типы элементов:

Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete…  Add… 

выбрать в левом окошке Thermal Solid  выбрать в правом окошке Quad 4node 55  Apply

выбрать в левом окошке Thermal Link  выбрать в правом окошке 2D conduction 32  Apply

выбрать в левом окошке Superelement  выбрать в правом окошке Superelement 50  OK

Убедитесь, что в окне Element Types номера элементов соответствуют типам:

Type 1 PLANE55

Type 2 LINK32

Type 3 MATRIX50

В окне Element Types задать элементные опции:

мышкой указать на тип PLANE55  Options… 

в появившемся окне PLANE55 element type options задать: Element behavior K3 = Axisymmetric  OK

мышкой указать на тип MATRIX50  Options… 

в появившемся окне MATRIX50 element type options задать: Element behavior K1 = Radiation substr  OK  Close

Константы элементов в данном случае задавать нет необходимости. Определим свойства материала:

Main Menu  Preprocessor  Material Props  -Constant- Isotropic…  OK 

в окне Isotropic Material Properties ввести коэффициент теплопроводности: Thermal conductivity KXX = 45.4  OK

Задание температурно-зависимого коэффициента конвективной теплоотдачи:

Main Menu  Preprocessor  Material Props  -Temp Dependent- Temp Table… 

в окне Define Material Property Temperature Table ввести линейку температур:

T1 = 0

T2 = 25

T3 = 50

T4 = 75

T5 = 100

T6 = 125  OK

Main Menu  Preprocessor  Material Props  -Temp Dependent- Prop Table… 

в окне Define Material Property Table выбрать в левом окошке свойств Material property label

коэффициент теплоотдачи Conv film coeff и ввести линейку свойств:

C1 = 4.6

C2 = 6.0

C3 = 7.6

C4 = 9.6

C5 = 11.8

C6 = 14.3  OK

Для проверки можно отрисовать график величины коэффициента теплоотдачи:

Main Menu  Preprocessor  Material Props  -Temp Dependent- Graph… 

в окне Graph Material Properties vs. Temperature выбрать в левом окошке свойств

Property to be graphed коэффициент теплоотдачи Conv film coeff  OK

2. Создание геометрической модели

Создание четверти окружности радиусом 10 мм (модели нагревательного элемента):

Main Menu  Preprocessor  -Modeling- Create  -Areas- Circle  Partial Annulus 

ввести параметры:

Rad-2 = 0.01

Theta-1 = 90  OK

Создание модели пустотелого кожуха габаритами 20 х 13 мм и толщиной стенки 1 мм с помощью создания двух прямоугольников и булевой операции вычитания между ними:

Main Menu  Preprocessor  -Modeling- Create  -Areas- Rectangle  By Dimensions… 

ввести параметры:

X1,X2 X-coordinates 0, 0.013

Y1,Y2 Y-coordinates 0, 0.02  Apply

X1,X2 X-coordinates 0, 0.012

Y1,Y2 Y-coordinates 0, 0.019  OK

Main Menu  Preprocessor  -Modeling- Operate  -Booleans- Substract  Areas 

мышкой указать на область № 2

(больший прямоугольник, из которого будем вычитать)  OK

мышкой указать на область № 3

(меньший прямоугольник – вычитаемая область)  OK

3. Генерация конечно-элементной сетки

Задание количества разбиений на линиях:

Main Menu  Preprocessor  -Meshing- Size Cntrls  -ManualSize-Lines- Picked Lines 

мышкой указать последовательно:

все три линии (№№ 13), образующие четверть окружности  Apply

в окне Element sizes on picked lines ввести: No. of element divisions = 8  Apply

две линии (№№ 12, 13), образующие толщину стенки кожуха Apply

в окне Element sizes on picked lines ввести: No. of element divisions = 3  Apply

две горизонтальные линии (№№ 6, 10), образующие торец кожуха Apply

в окне Element sizes on picked lines ввести: No. of element divisions = 10  Apply

д

ве вертикальные линии (№№ 5, 9), образующие стенку кожуха Apply

в окне Element sizes on picked lines ввести: No. of element divisions = 15  OK

Для генерации регулярной сетки на областях, топологически не подобных четырехугольнику, необходимо выполнить операцию объединения (конкатенации) линий:

Main Menu  Preprocessor  -Meshing- Concatenate  Lines 

мышкой указать последовательно:

две линии (№№ 6, 5), образующие наружную поверхность кожуха Apply

две линии (№№ 10, 9), образующие внутреннюю поверхность кожуха OK

Генерация регулярной конечно-элементной сетки из плоских тепловых элементов PLANE55 на областях:

Main Menu  Preprocessor  -Meshing- Mesh  -Areas- Mapped  3 or 4 sided  Pick All

Определим атрибуты для последующего разбиения вспомогательными элементами LINK32 линий, ограничивающих внутреннюю полость:

Main Menu  Preprocessor  -Attributes- Define  Default Attribs… 

в окне Default Attributes for Meshing выбрать в поле Element type number: 2 LINK32  OK

Генерация регулярной конечно-элементной сетки из одномерных теплопроводящих элементов LINK32 на линиях:

Main Menu  Preprocessor  -Meshing- Mesh  Lines 

мышкой указать две линии (№№ 10, 9), образующие внутреннюю поверхность кожуха,

а также линию № 1, образующую наружную поверхность нагревательного элемента  OK

Достройка полной модели (что является необходимым для радиационного анализа) с помощью зеркального отражения:

Main Menu  Preprocessor  -Modeling- Reflect  Areas  Pick All 

в окне Reflect Areas выбрать X-Z plane  OK

Выполним слияние всех совпадающих примитивов:

Main Menu  Preprocessor  Numbering Ctrls  Merge Items… 

в окне Merge Coincident or Equivalently Defined Items выбрать Type of item to be merge = All  OK

4. Генерация матрицы излучения и создание суперэлемента

Необходимо выделить вспомогательные элементы LINK32, образующие группу № 2, а также принадлежащие им узлы, для моделирования излучающих поверхностей (внутренней полости):

Utility Menu  Select  Entities… 

выбрать: Elements  By Attributes  Elem type num  ввести число 2 в поле Min,Max,Inc  Apply

Utility Menu  Select  Entities… 

выбрать: Nodes  Attached to  Elements  OK

При генерации матрицы излучения принимается, что излучающая поверхность ориентирована в направлении оси +Y_e линейных элементов, поэтому необходимо проверить ориентацию нормалей:

Utility Menu  PlotCtrls  Symbols… 

активировать флажок отрисовки элементных систем координат: Element coordinate sys = On  OK

Все нормали (элементные оси Y_e) должны быть направлены внутрь полости. Если это не так, то разверните нормали командой:

Main Menu  Preprocessor  Move / Modify  Reverse Normals  of Lines 

выбрать те линии, на которых ориентация элементов противоположна  OK  OK

Убедитесь, что теперь все элементы развернуты нормалями внутрь полости:

Utility Menu  Plot  Replot

Входим в генератор матрицы излучения /AUX12 и задаем степень черноты как свойство материала № 1:

Main Menu  Radiation Matrix  Emissivities… 

в окне Define Emissivities в поле Emissivity value ввести величину 0.8  OK

Задание постоянной Стефана-Больцмана в СИ и типа геометрии решаемой задачи:

Main Menu  Radiation Matrix  Other Settings… 

в поле Stefan-Boltzmann Const. ввести значение константы: 5.67e-8

в поле Type of geometry выбрать 2-D geometry

в поле No. of divisions ввести величину 24 (количество секторов, т.е. угол раствора каждого сектора составляет 15)  OK

Выбор процедуры «взаимного поиска» и запись матрицы в файл с расширением .SUB:

Main Menu  Radiation Matrix  Write Matrix… 

убедитесь, что активирована процедура поиска затененных поверхностей Hidden,

и введите число зон поиска: Number of sampling zones = 100  OK

Выберите все объекты:

Utility Menu  Select  Everything

Создадим суперэлемент, изменив вначале текущие атрибуты сеточного генератора:

Main Menu  Preprocessor  -Modeling- Create  Elements  Elem Attributes… 

в окне Define attributes for elements выбрать в поле Element type number: 3 MATRIX50  OK

Main Menu  Preprocessor  -Modeling- Create  Elements  -Superelements- From .SUB File…  OK

Теперь деактивируем ненужные больше элементы LINK32:

Utility Menu  Select  Entities… 

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов учебной работы