WORKBENCH對保溫桶的穩(wěn)態(tài)熱分析

2016-10-21  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

【問題描述】

一個保溫桶,由4層組成。從外到內依次是:鋼,鋁,復合材料,鋁。桶內是熱水,而桶外是空氣。需要確定桶壁的溫度場分布。已知:桶內半徑是0.1米,桶長度為0.1米,從內到外,4層厚度分別是0.01米,0.02米,0.01米,0.005米,鋼,復合材料,鋁的導熱系數(shù)分別是60.5(瓦/米度),0.055(瓦/米度),236(瓦/米度),水溫80攝氏度,空氣溫度為攝氏度,空氣對流系數(shù)是12.5(瓦/平方米度).

(《注》該例子來自于許京荊編著的《ANSYS 13.0 WORKBENCH數(shù)值模擬技術》,2012年)

【建模分析】

1.這是一個穩(wěn)態(tài)熱分析問題,需要使用steady-state thermal模塊。

2. 這是一個軸對稱問題,只需要分析其一個徑向截面,然后用2D分析的軸對稱進行處理。

3.幾何建模。在DM中創(chuàng)建四個草圖,然后分別形成四個面體,再形成一個多體構件。

4.邊界條件。對里層使用溫度邊界條件,對外層設置對流換熱邊界條件。

【求解過程】

1. 打開ANSYS WORKBNCH14.5。

2. 創(chuàng)建穩(wěn)態(tài)熱分析系統(tǒng)。

3. 設置三種材料的導熱系數(shù)。

雙擊engineering data,打開工程數(shù)據(jù),新創(chuàng)建三種材料,分別是STEEL,AL,compound,并分別設置其導熱系數(shù)。

鋼材的導熱系數(shù)

鋁的導熱系數(shù)

復合材料的導熱系數(shù)

創(chuàng)建完畢,退回到項目中。

4.創(chuàng)建幾何模型。

雙擊geometry,進入到DM中。選擇長度的單位是米。

在XOY面內創(chuàng)建四個草圖。

這四個草圖是四個相鄰的矩形,其位置及尺寸如下圖。

分別由這4個草圖生成4個面。

其圖形如下

將上述四個物體生成一個多體構件。

幾何建模結束,存盤,退出DM.

然后設置幾何體的屬性是2D,表明下面準備做的是2D分析。

5.為各幾何體分配材料。

雙擊model,進入到mechanical.

首先選中geometry,在其屬性欄中設置是做軸對稱分析。

然后為各個幾何4體分配材料。

6.劃分網(wǎng)格。

進行映射網(wǎng)格劃分。

考察網(wǎng)格質量

可見,網(wǎng)格質量良好。

7.設置邊界條件。

設置內層溫度為80度,即熱水的溫度。

設置外層為對流換熱。環(huán)境溫度20度,對流換熱系數(shù)是12.5.

8.求解。

9.后處理。

查看溫度的分布

可見,在最里層及外面的兩層,溫度基本上均勻分布,而在復合材料層,則溫度從內到外逐漸降低。由于該層是復合材料層,導熱系數(shù)很小,所以阻礙了熱量的傳遞,而此層的溫度梯度最大。

查看總的熱通量

可見,熱通量由內向外逐步減少。

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