Конечно-элементное моделирование тепловых процессов в программной среде ANSYS (951270), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В окне Graphics отображается приложение граничного условия к линиям. Аналогично задаем температуру 5º на левойокружности и 75º - на правой. При этом необходимо помнить, что окружность состоит из четырех дуг.Шаг 5 – решениеВыполняем команду:Main Menu: Solution -> -Solve - Current LSПоявляется выпадающее меню, нажимаем ОК. После решения появляется информационноеокно, в котором нажимаем Close.Шаг 6 – просмотр результатовДля просмотра поля температур выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Contour Plot- Nodal Solu…Появится меню:Нажимаем ОК и получаем стационарное поле температур:Для просмотра векторного поля тепловых потоков выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Vector Plot- Predefined…Появится меню:Нажимаем ОК и получаем поле тепловых потоков:Задание 2Тип анализа: трехмерный стационарный.Цель анализа: рассчитать температурное поле в теле.Типы граничных условий: граничное условие второго и третьего рода.Расчетная схема:Шаг 1 – построение геометрической моделиЗадаем ключевые точки:Main menu: Preprocessor -> Modeling-Create->Keypoints->On Working PlaneСписок пар значений координат:0,00.06,00.09,00.045,0.0780.03,0.052Соединяем вторую и третью точку прямой линией:Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines -Lines -> Straight LineАналогично соединяем четвертую и пятую точку.Теперь создаем две дуги:Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines -Arcs -> By End KPs & RadПоявится вспомогательное меню Arc by KPs & Rad.
С помощью мыши указываем граничныеточки первой дуги – точки 2 и 5, нажимаем Enter. Затем указываем мышкой точку 1, определяя тем самым плоскость, в которой будет лежать дуга, и направление выпуклости, нажимаем Enter. Появится окно:В поле Radius of the arc вводим радиус первой дуги 0.06, нажимаем OK. Аналогично создаемвторую дугу радиусом 0.09 с граничными точками 3 и 4.Создаем область, ограниченную созданными линиями и дугами:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Create -> Areas - Arbitrary -> By LinesВ результате получаем:Выдавливанием получаем моделируемое тело:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Оperate -> Extrude -> -Areas- Along NormalПоявляется вспомогательное меню Extrude Area by Norm.
Мышкой щелкаем на полученнуюобласть и нажимаем Enter. Появляется окно:В поле Length of extrusion вводим глубину выдавливания тела 0.02, нажимаем OK. Удерживая клавишу Ctrl с помощью левой или правой кнопки мыши можно соответственно поступательно перемещать или вращать полученное тело. Вид в изометрии:Шаг 2 – задание свойств материалаВыполняем команду:Main Menu: Preprocessor -> Material Props -> Constant - IsotropicПоявляется окно с указанием типа материала, в котором нажимаем ОК и выпадает окно сосвойствами материала.
В нем задаем коэффициент теплопроводности (Thermal conductivityKXX) 1. Нажимаем ОК в этом меню.Шаг 3 – разбиение тела на конечные элементыВыбираем тип конечного элемента:Main Menu: Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/DeleteПоявляется выпадающее меню, в котором нажимаем Add. Появляется меню с библиотекойтипов элементов. Выбираем с помощью мыши Thermal Solid и Brick 8node (тип элемента –параллелепипед 8-и узловой), нажимаем ОК в этом меню. В предыдущем меню появляетсяпервый тип элемента – SOLID70.Теперь разбиваем тело на конечные элементы:Main Menu: Preprocessor ->Mesh Tool…Появляется окно Mesh Tool для создания и модификации конечно-элементной сетки. Выделяем с помощью мыши опцию Hex в разделе Shape – разбиваем тело на конечные элементыв виде параллелепипеда.
Затем нажимаем кнопку Mesh. Появляется вспомогательное окноMesh Volumes. C помощью мыши указываем тело и нажимаем OK в окне Mesh Volumes. Область разбивается на конечные элементы, закрываем окно Mesh Tool. Имеем:Замечание: для тел с простой геометрией рекомендуется использовать упорядоченное разбиение, при котором используются элементы только одной формы и конечно-элементнаясетка носит регулярный характер.Шаг 4 – задание граничных условийПрикладываем граничное условие второго рода к поверхности:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Heat Flux -> On AreasПоявляется выпадающее меню. С помощью мыши указываем плоскость, на которой необходимо задать тепловой поток в 10000 Вт/м2, и нажимаем ОК в меню.
Появляется меню, в котором можно задать значение теплового потока:В поле Load HFLUX value указываем значение 10000 и нажимаем ОК. В окне Graphics отображается приложение граничного условия к поверхности. Аналогично задаем нулевой тепловой поток на противоположной стороне тела.Прикладываем граничное условие третьего рода к поверхностям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Convection -> On AreasПоявляется выпадающее меню.
С помощью мыши указываем боковые поверхности тела, накоторых необходимо задать конвективный теплообмен (коэффициент теплоотдачи – 50Вт/(м2 ºС), температура окружающей среды – 20 ºС), и нажимаем ОК в меню. Появляется меню, в котором можно задать коэффициент теплоотдачи и значение температуры окружающей среды:В поле Film coefficient указываем значение коэффициента теплоотдачи 50, в поле Bulk temperature указываем значение температуры окружающей среды 20. В окне Graphics отображается приложение граничного условия к поверхностям.Шаг 5 – решениеВыполняем команду:Main Menu: Solution -> -Solve - Current LSПоявляется выпадающее меню, нажимаем ОК. После решения появляется информационноеокно, в котором нажимаем Close.Шаг 6 – просмотр результатовДля просмотра поля температур выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Contour Plot- Nodal Solu…Появится меню, в котором нажимаем ОК, и получаем стационарное поле температур:Для просмотра векторного поля тепловых потоков выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Vector Plot- Predefined…Появится меню, в котором нажимаем ОК, и получаем поле тепловых потоков.Задание 3Тип анализа: двумерный стационарный.Цель анализа: рассчитать температурное поле в сечении.Типы граничных условий: граничное условие третьего рода.Расчетная схема:Шаг 1 – построение геометрической моделиСоздаем окружность:Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines - Arcs -> Arcs - Full CircleЦентр окружности – точка с координатами 0,0.
В качестве вспомогательной точки необходимо взять любую точку, которая принадлежит окружности, например с координатами0.005,0.Создаем область, ограниченную окружностью:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Create -> Areas - Arbitrary -> By LinesШаг 2 – задание свойств материалаВыполняем команду:Main Menu: Preprocessor -> Material Props -> Constant - IsotropicКоэффициент теплопроводности (Thermal conductivity KXX) равен 10 Вт/(м ºС).Шаг 3 – разбиение области на конечные элементыВыбираем тип конечного элемента:Main Menu: Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/DeleteВ разделе Thermal Solid выбираем конечный элемент Triangl 6node (треугольный 6-и узловой). В списке типов конечных элементов появится PLANE35.Разбиваем область на конечные элементы:Main Menu: Preprocessor ->Mesh Tool…В окне Mesh Tool активизируем опцию Smart Size и устанавливаем значение 4.
В результатеразбиения имеем:Шаг 4 – задание граничных условий и мощности тепловыделенияПрикладываем граничное условие третьего рода к линиям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Convection -> On LinesНа окружности задаем конвективный теплообмен: коэффициент теплоотдачи (Filmcoefficient) – 25 Вт/(м2 ºС), температура окружающей среды (Bulk temperature) – 20 ºС.Задаем тепловыделение в сечении:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Heat Generat -> On AreasПоявится меню Apply HGEN on ARs.
С помощью мыши указываем построенную область инажимаем Enter. Появится меню, в котором можно задать мощность тепловыделения – 106Вт/м3:В поле Load HGEN value указываем мощность тепловыделения 1000000, нажимаем OK.Замечание: процесс тепловыделения в сечении характеризуется мощностью тепловыделения,которая входит в дифференциальное уравнение теплопроводности.Шаг 5 – решениеВыполняем команду:Main Menu: Solution -> -Solve - Current LSШаг 6 – просмотр результатовДля просмотра поля температур выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Contour Plot- Nodal Solu…Для просмотра векторного поля тепловых потоков выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Vector Plot- Predefined…Задание 4Тип анализа: трехмерный стационарный.Цель анализа: рассчитать температурное поле в теле.Типы граничных условий: граничное условие первого и третьего рода.Расчетная схема:Шаг 1 – построение геометрической моделиЗадаем ключевые точки:Main menu: Preprocessor -> Modeling-Create->Keypoints->On Working PlaneСписок пар значений координат:0,00.25,00.25,0.20.225,0.20.025,0.0250.225,0.1250.225,0.0250.025,0.1250.225,0.10.025,0.20,0.20.025,0.1Соединяем ключевые точки прямыми линиями (согласно расчетной схеме):Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines -Lines -> Straight LineСоздаем две области:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Create -> Areas - Arbitrary -> By LinesОдна область ограничена внешним контуром сечения.
Вторая область – внутренним контуром. Теперь необходимо вычесть из первой области вторую.Выполняем команду вычитания областей:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Оperate -> Booleans - Subtract -> AreasВ результате получаем:Выдавливанием получаем тело:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Оperate -> Extrude -> -Areas- Along NormalГлубина выдавливания – 0.15. Имеем:Шаг 2 – задание свойств материалаВыполняем команду:Main Menu: Preprocessor -> Material Props -> Constant - IsotropicКоэффициент теплопроводности (Thermal conductivity KXX) равен 50 Вт/(м ºС).Шаг 3 – разбиение тела на конечные элементыВыбираем тип конечного элемента:Main Menu: Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/DeleteВ разделе Thermal Solid выбираем конечный элемент Tet 10node (тетраэдр 10-и узловой).
Всписке типов конечных элементов появится SOLID87.Теперь разбиваем тело на конечные элементы:Main Menu: Preprocessor ->Mesh Tool…В окне Mesh Tool в разделе Size Controls напротив опции Global нажимаем кнопку Set. Появляется следующее меню:Устанавливаем значение параметра SIZE Element edge length в 0.05, нажимаем OK. Затемпроизводим разбиение тела.
В результате получаем:Замечание: если пользователя не удовлетворяют параметры конечно-элементной сетки, которые автоматически выбираются программой, то он может задать их самостоятельно; параметр SIZE устанавливает длину ребра элемента, параметр NDIV устанавливает количестводелений на границе разбиваемого компонента.Шаг 4 – задание граничных условийПрикладываем граничное условие первого рода к поверхностям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal-Temperature -> On AreasТемпература (TEMP) согласно расчетной схеме равна 200 ºС.Прикладываем граничное условие третьего рода к поверхностям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Convection -> On AreasКоэффициент теплоотдачи (Film coefficient) равен 25 Вт/(м2 ºС), температура окружающейсреды (Bulk temperature) – 20 ºС.Шаг 5 – решениеВыполняем команду:Main Menu: Solution -> -Solve - Current LSШаг 6 – просмотр результатовДля просмотра поля температур выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Contour Plot- Nodal Solu…Для просмотра векторного поля тепловых потоков выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Vector Plot- Predefined…Задание 5Тип анализа: двумерный нестационарный.Цель анализа: рассчитать температурное поле в сечении с течением времени.Типы граничных условий: граничное условие второго и третьего рода.Расчетная схема:Шаг 1 – построение геометрической моделиЗадаем ключевые точки:Main menu: Preprocessor -> Modeling-Create->Keypoints->On Working PlaneСписок пар значений координат:0,00.025,0.0250.075,0.0250.125,0.0250.175,0.0250.225,00.225,0.20.05,0.0250.05,0.1750.1,0.0250.1,0.1750.15,0.0250.15,0.1750.2,0.0250.2,0.1750,0.20.025,0.1750.075,0.1750.125,0.1750.175,0.175Соединяем ключевые точки прямыми линиями (согласно расчетной схеме):Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines -Lines -> Straight LineСоздаем области:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Create -> Areas - Arbitrary -> By LineПервая область образуется внешним контуром.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
