搜索ABS3D打印機(jī)噴頭的溫度場模擬
2016-08-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
對3D打印機(jī)而言,噴頭是最為重要的核心元件,其溫度場的準(zhǔn)確模擬將有助于確定合理的打印速度。本文以ABS的噴頭為例,在保證噴嘴正常工作的情況下,計(jì)算最大的出料速度。
1 建幾何模型
打開ANSYS17.0,將左側(cè)Analysis Systems中的Fluid Flow(Fluent)添加到Project Schematic中,并在Geomtry中創(chuàng)建噴嘴模型,如下圖所示。
其中左側(cè)圓截面定義為inlet,右側(cè)圓截面定義為outlet,左側(cè)圓柱面定義為wall1,右側(cè)圓柱面定義為wall2。
2 劃分網(wǎng)格
打開Mesh工具,指定網(wǎng)格劃分方法為Sweep Method,對網(wǎng)格尺寸的控制方式選擇Body sizing,并指定Element Size為0.2mm。
劃分網(wǎng)格結(jié)果如下:
3 定義材料、邊界條件、模型屬性和求解設(shè)置
在Project Schematic中雙擊Setup,進(jìn)入Fluent界面,注意選擇雙精度double,以及根據(jù)電腦配置情況選擇parallel并設(shè)置CPU線程數(shù)量。
在General面板內(nèi)依次點(diǎn)擊Scale(確認(rèn)模型尺度)、check(看是否有負(fù)體積單元)、Report Quality(檢查網(wǎng)格質(zhì)量,評估收斂性)。在Solver選項(xiàng)中依次指定Type為Pressure-Based,Verlocity-Formulation為Absolute,Time為Steady(先穩(wěn)態(tài)計(jì)算,讀者可在穩(wěn)態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)上自行瞬態(tài)模擬),忽略重力影響。
然后進(jìn)入Models設(shè)置。打開能量方程,Energy(On),流動(dòng)形式保持層流(Viscous(Laminar)),打開凝固/熔化選型Solidification&Melting(On),Parameter選擇默認(rèn)。
定義ABS材料屬性。在Creat/Edit Materials面板中選擇Use Define Database,在Open Database面板中選擇OK。
在User-Defined Database Materials面板中選擇New,在后續(xù)彈出面板中指定Name為abs,Types為fluid,在中間的Available Properties中依次向右添加1)Cp(Specific Heat),在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為2300;
2)Density,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為1150; 3)Latent Heat,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為3700000;4)Liquidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為378.15;5)Solidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為378.15;6)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為0.36;7)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為0.36;8)Thermal Expansion Coefficient,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為8.51e-05;9)Viscosity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數(shù)值為400。然后依次在彈出的面板中點(diǎn)擊Apply、Copy、Change/Create。
定義外殼屬性,在Fluent Database中選擇Copper(Cu),并點(diǎn)擊Copy。在模型樹的Cell Zone Conditions中指定求解域的材料為fluid(abs)。
在模型樹的Boundary Conditions中指定inlet為速度進(jìn)口,速度值為0.005m/s,進(jìn)口溫度為375.15K。
Outlet選擇自由出流條件(Outflow)。
前端圓柱壁面wall1的設(shè)置為等壁溫加熱面,溫度為533.15K,壁面厚度為1mm,材料為copper。
后端圓錐壁面wall2與空氣進(jìn)行對流和輻射換熱。在這里我們指定一個(gè)散失的熱流密度來代表它們。設(shè)置為壁面熱流密度為-1000W/m^2,壁面厚度為1mm,材料為copper。
在模型樹的Solution Methods中指定Scheme為Coupled,其余默認(rèn)。
在模型樹的Solution Initialization中指定方式為Scheme,為Coupled,Compute from為Inlet,點(diǎn)擊Initialize,完成初始化。
4 求解和后處理
在模型樹的Run Calculation中指定迭代次數(shù)為100,并點(diǎn)擊Calculate。
運(yùn)行結(jié)束后,在Results>Graphics>Contour中創(chuàng)建New Surface,在Plane面板中選擇point and Normal建立剖切面。然后在剖切面上顯示溫度云圖,結(jié)果如圖所示。
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