Przykład rozwiazania zadania z przepływu ciepła w programie Ansys.pdf

ANALIZA USTALONEGO

PRZEPŁYWU CIEPŁA W TARCZY

ZA POMOCĄ PROGRAMU ANSYS

Piotr Mika, Marek Słoński

kwiecień 2006

1. Pakiet ANSYS

ANSYS jest pakietem służącym do rozwiązywania różnych zagadnień in

żynierskich, opartym na metodzie elementów skończonych (MES). ANSYS

składa się z wielu narzędzi. Podstawowe narzędzia to preprocesor, solver i

postprocesor. W preprocesorze użytkownik tworzy geometrię konstrukcji i

generuje siatkę elementów skończonych. Solver to część programu odpowie

dzialna za deﬁniowanie warunków brzegowych isposób rozwiązania zadania.

Postprocesor służy do graﬁcznej i tekstowej prezentacji wyników.

ZainstalowanaobecniewersjapakietuANSYS/Mechanicalumożliwiam.in.

analizę statyczną i dynamiczną konstrukcji jak również analizę termiczną.

2. Opis problemu

Równanie Poissona opisujące zjawisko ustalonego przepływu ciepła w ob

szarze dwuwymiarowym dla materiału jednorodnego i izotropowego o stałej

grubości ma postać

−

@ 2 T

@x 2 −

@y 2 = f

(1)

gdzie:

T ( x,y ) – funkcja temperatury, k – współczynnik przewodnictwa cieplnego

(stała materiałowa), f – intensywność generacji ciepła wewnątrz ciała.

WramachpoznawaniapakietuANSYSrozwiążemyzadaniepolegającena

wyznaczeniu rozkładu temperatury w tarczy pokazanej na rys.1. Wektor q n

oznaczaprzepływciepłaimawymiar[ J/m 2 s ].Zadanietozostałorozwiązane

również w skrypcie dla siatki dwuelementowej.

q n =30

T =10 ◦ C

h =1 m

q n =0

2 m

k =4 J/ ◦ Cms

f =45 J/m 2 s

q n =30

2 m

Rys.1. Geometria i dane wyjściowe analizowanej tarczy

Uwzględniając symetrię tarczy względem osi x rozpatrzymy jej połowę

pokazaną na rys. 2.

@ 2 T

3. Preprocesor

q n =30

q n =0

T =10 ◦ C

1 m

q n =0

2 m

Rys.2. Geometria i dane wyjściowe dla górnej połowy analizowanej tarczy

3. Preprocesor

Napoczątkuwybieramytypﬁltrowaniamenudlaopcjizwiązanychwyłącznie

z analizą przepływu ciepła ( Main Menu > Preferences > Thermal ), rys.3.

Rys.3. Włączanie ﬁltru Thermal

3.1. Deﬁniowanie typu elementu

Z biblioteki dostępnych typów elementów tarczowych wybieramy element

czterowęzłowy poprzez opcje Main Menu > Preprocessor > Element Type

>Add/Edit/Delete oraz Add .Następniewybieramy Thermal>Solid>Quad

4node 55 i zatwierdzamy OK oraz w poprzednim okienku wybieramy close .

3.2. Deﬁniowanie materiału

Aby wybrać odpowiedni model materiału używamy opcji Main Menu >

Preprocessor > Material Props > Material Models i dwukrotnie klikamy na

Thermal,Conductivity,Isotropic .Powybraniutychopcjiwpisujemywartość

współczynnika przewodnictwa cieplnego (KXX) zgodnie z tematem zadania

równą 4, zatwierdzamy OK i zamykamy bieżące okienko, rys.4.

Rys.4. Deﬁniowanie materiału

3.3. Deﬁniowanie geometrii

Prostokątny obszar tarczy deﬁniujemy wybierając kolejno opcje Main Menu

>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>ByDimensions

i wpisujemy odpowiednio współrzędne krawędzi X 1 = 0, X 2 = 2 i Y 1 = 0,

Y 2 = 1 oraz zatwierdzając OK . Po chwili pojawia się zdeﬁniowany prosto

kątny obszar. Deﬁniowanie geometrii dla złożonego obszaru jest opisane na

końcu w rozdziale 9.

3.4. Generacja siatki

Generację siatki rozpoczynamy od zdeﬁniowania jednego z dwóch parame

trów: maksymalnego wymiaru pojedynczego elementu SIZE lub liczby po

działów brzegu obszaru NDIV . W tym celu wybieramy opcję Main Menu

> Preprocessor > Meshing > Mesh Tool . Teraz w okienku Mesh Tool wy

bieramy Size Controls: Globl > Set i wpisujemy maksymalny wymiar po

jedynczego elementu SIZE np. 0 . 15, lub liczbę podziałów brzegu obszaru

NDIV np. 5 (w zadaniu przyjęto 2. sposób i wartość 10). Po zdeﬁniowaniu

parametru generujemy siatkę (przycisk MESH ) i po otwarciu okienka Mesh

Areas wskazujemyobszartarczy,naktórymchcemyutworzyćsiatkę(zmiana

koloru) i zatwierdzamy OK .

Jeżelichcemyzagęścićistniejącąsiatkęnp.naobszarzetarczytowokien

ku Mesh Tool wybieramy jednązopcji Reﬁne : at Areas ikorzystamy zprzy

cisku Reﬁne .

4. Solver

4.1. Warunki brzegowe

Warunki podstawowe Na prawym brzegu tarczy przyjmujemy wartość

temperatury T = 10 stopni wybierając opcje Main Menu > Solution >

DeﬁneLoads>Apply>Thermal>Temperature>OnLines ipopojawieniu

się pionowego okienka klikamy na odpowiedni brzeg oraz po wybraniu opcji

Apply wpisujemy w następnym okienku wartość temperatury na wybranym

brzegu zgodnie z tematem równą 10.

Warunki naturalne Na lewym brzegu tarczy i na dolnym brzegu tarczy

przyjmujemy wartość przepływu q n = 0 a na górnym brzegu q n = − 30. W

tym celu wybieramy opcje Main Menu > Solution > DeﬁneLoads > Apply

> Thermal > Heat Flux > On Lines i po pojawieniu się pionowego okienka

klikamynaodpowiednibrzeg,wybieramyopcję Apply iwpisujemywnastęp

nym okienku zadaną wartość, zgodnie z tematem równą − 30. rys.5.

Rys.5. Zadanie naturalnych warunków brzegowych

Intensywność generacji ciepła Aby zadać wartość intensywności gene

racjiciepławybieramyopcję Main Menu>Solution>DeﬁneLoads>Apply

> Thermal > Heat Generat > Uniform Heat Gen i wpisujemy wartość 45.

4.2. Rozwiązanie zadania

Zdeﬁniowane zadanie możemy teraz rozwiązać wybierając opcję Main Menu

> Solution > Solve > Current LS .

5. Przeglądanie wyników

Aby przegladać wyniki w formie graﬁcznej wybieramy opcję Main Menu

> General Postproc > Plot Results > Contur Plot > Nodal Solution lub

Element Solution iwskazującinteresujący naswykres.Przykładowo narys.6

przedstawiono rozkład temperatury DOF solution i Temperature TEMP .

Aby przeglądać wyniki w formie tekstu wybieramy opcje Main Menu

> General Postproc > List Results > Nodal Solution , Element Solution lub

Reaction Solu .

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: