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算例分享:验证稳态系统的热平衡条件

5年前浏览4880

本文给出一个稳态热传导计算的例题,通过分析验证了热平衡条件。

问题的简单描述如下:

直径1.0m、长度5.0m的圆柱。环境温度25℃,左端恒温50℃,右端为给定热流量500W,侧面为环境对流边界,对流换热系数5.0W/m2℃)。材料导热系数60.5W/m℃),线膨胀系数1.0×10-5/℃,弹性模量2.0×105MPa,泊松比0.3。计算圆柱中的温度以及应力分布情况。

按如下的步骤进行建模及分析。

1.建立分析流程

启动Workbench,在Project Schematic中添加如图10-5所示的热应力分析流程。保存项目文件为Cylinder.wbpj

2.定义材料数据

在项目图解中,双击单元格A2,进入Engineering Data界面。添加新材料New_MAT,在左侧的工具箱中为New_MAT材料添加热膨胀系数、参考温度、线弹性参数、导热系数等属性,设置其参数如图1所示。输入完成后关闭Engineering Data,返回Workbench

3.建立几何模型

在项目图解中,右键单元格A3,选择New DesignModeler Geometry,在DM中通过拉伸YZ平面的圆形草图建立如图2所示的几何模型。

4.指定材料

在项目图解中,右键单元格A4,选择Edit启动Mechanical Application。在Geometry分支下选择Solid分支,指定其Details中的Material AssignmentNew_MAT

5.划分网格

选择Mesh分支,右键菜单选择插入Sizing,对整个体指定Element Size0.1m。选择Generate Mesh右键菜单,划分得到的网格如图3所示。

6.稳态热分析

选择Steady-State Thermal分支。在视图中选择左端面,鼠标右键插入Temperature,在Temperature的属性中输入50℃;在视图中选择右端面,鼠标右键插入Heat Flow,指定Heat FlowMagnitude500W;在视图中选择圆柱侧面,鼠标右键插入Convection,指定ConvectionFilm Coefficient5.0W/m2℃),Ambient Temperature25℃;选择Initial Temperature,指定其Value25℃。

选择SolutionA6)分支,鼠标右键插入Thermal结果的Temperature以及Total Heat Flux。按Ctrl键选择Temperature以及Convection两个边界条件分支,拖至SolutionA6)上,在Solution分支下形成这两个边界的热流探针Reaction Probe以及Reaction Probe 2

稳态热分析最后设置如图4所示。

选择SolutionA6)分支,点Solve按钮求解。求解完成后,查看Temperature分布结果如图5所示。


查看热通量Total Heat Flux结果如图6所示。

查看Reaction Prob结果,如图7所示,其中Reaction Prob的结果为618.32W,即恒温边界的热流率;Reaction Prob 2的结果为-1118.3W,即对流侧面的热流率。图中两个边界热流率之和为-500W,与右端面的功率500W相平衡,表明整个系统处于热平衡态,验证了计算结果的正确性。

Design ModelerMechanicalWorkbench
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首次发布时间:2019-03-30
最近编辑:5年前
尚晓江
博士 | 博士 技术专家 海内存知己,天涯若比邻
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1条评论
广行无疆
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2年前
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