(62)-15.2 热分析案例计算机辅助工程分析

7热分析实例计算机辅助工程分析问题说明基本描述一个带有矩形翅片的长钢管从管中流动的热气体通过对流吸收能量。外表面暴露在大气中，热流从翅片端部释放。载荷条件:热气体的温度是250ºC，内部对流热交换系数是10000W/(m2ºC)外部大气温度是25ºC，外部对流热交换系数为1000W/(m2ºC)每个翅片端部热流为

-320J/m2

。分析目标:分析其中最小的循环部分，要求得到如下结果: 1)温度场分布。2)肋骨上下端面的对流热耗散。说明一个带散热片的管，在给定的荷载条件下，分析温度和热量分布该模型是轴对称的。仅分析散热片的一半，模型的底部为对称约束。圆管内半径：50mm圆管厚度：12mm热片外半径：100mm热片厚度：6mm热片间距：18mm材料：304不锈钢导热系数：70W/m·ºC弹性模量：2×1011N/m2泊松比：0.3问题说明问题简化绝热对称边界绝热对称边界翅片端部的热流密度对流面对流面简化成了最小的可重复2D几何模型。使用最小的可循环部分求解:钢管/肋骨中的温度场分布

钢管/肋骨的对流热损耗绘出钢管/肋骨面上的温度变化情况。使用轴对称的PLANE55单元。材料各向同性，且不随温度变化。1设置GUI的菜单过滤选项：在【MainMenu】中，点击【Preferences】，打开GUI菜单过滤窗口，如下图所示，勾选Thermal后，单击OK。建模准备使用界面选项激活GUI菜单过滤。

只有与热分析有关的菜单项可以显示和使用。如果不设置，所有的菜单都可以看到并使用。2指定文件名：在菜单栏中，依次点击【File】->【ChangeJobname】，打开文件名更改窗口，如下图所示。可输入指定的文件名，如Case14.1-Thermal。建模准备定义新的文件名与其他分析题目区别开来。所有文件名将为jobname.ext，勾选Yes点取“OK”将重写文件名分别为jobname.log和jobname.err的命令记录文件和错误文件。3指定标题：在菜单栏中，依次点击【File】->【ChangeTitle】，打开标题输入窗口，如下图所示。可输入指定的标题，如SteelTubewithFins。建模准备为分析指定一个描述性的标题。标题将打印在图形的底部，并在载荷步文件和结果文件中显示。1定义单元类型：点击【ElementType】->【Add/Edit/Delete】，打开单元类型窗口，点击【Add】，打开单元类型库窗口。选择ThermalMass->Solid中的Quad4node

55，如图所示。点击OK。模型构建-Preprocessor使用HELP按钮得到单元库中的更多信息。缺省状态下，第一个定义的单元类型其单元类型号为1。如果GUI菜单过滤为热分析，只有热单元类型显示出来。1定义单元类型：查看并选择单元关键选项：点击【ElementType】->【Options】，打开单元关键选项窗口。将K3选项更改为【Axisymmetric】，如图所示。点击OK。模型构建-Preprocessor关键选项或KEYOPTs是与单元类型相关的选项。使用下拉式菜单查看该单元的基本选项，并选择合适的数值。本例题需要轴对称单元。缺省值为平面单元。2定义并检查实常数：点击【RealConstants】->【Add/Edit/Delete】，打开实常数定义窗口。单击【Add】，选择对应单元后，单击OK。弹出提示窗口，无需定义实常数。模型构建-Preprocessor实常数是指定单元类型的几何特征。并不是所有的单元类型都需要实常数。有些单元类型只有在选择了某些基本选项时才需要实常数。第一个定义的实常数缺省指定为实常数号1。3定义材料性能：点击【MaterialProps】->【MaterialModels】，打开定义材料属性窗口，如图所示。点击【Thermal】->【Conductivity】->【Isotropic】，打开热导率定义窗口，如图所示。在KXX对应文本框中输入70。模型构建-Preprocessor对于稳态分析，热材料特性必须输入热传导率“k”-KXX,和可选的KYY,KZZ。如果用户不定义，KYY和KZZ缺省等于KXX。密度(DENS)和比热(C)或热焓(ENTH)在没有质量传递的稳态热分析中不需要。随温度变化的材料导热系数k,使得热分析为非线性。4建立几何模型：点击【Modeling】->【Create】->【Areas】->【Rectangle】->【ByDimensions】，打开矩形面创建窗口，如图所示。创建2个矩形面，并进行Overlap操作。模型构建-Preprocessor5进行网格划分：打开【MeshTool】工具栏，点击Global中【Set】，打开整体单元尺寸设置，在SIZE对应文本框中输入0.5，单击OK。选择Quad->Mapped方法，单击Mesh后选择所有面进行网格划分。模型构建-Preprocessor1定义分析类型：进入【Solution】模块，点击【AnalysisType】->【NewAnalysis】，打开分析类型选项，单击OK。模型求解-Solution指定这是一个新的分析，类型为稳态分析(这是缺省值)。2施加载荷与边界条件：点击【DefineLoads】->【Apply】->【Convection】->【OnLines】，分别选择对应的对流边界，单击OK。模型求解-Solution2施加载荷与边界条件：点击【DefineLoads】->【Apply】->【HeatFlux】->【OnLines】，分别选择对应的热流边界，单击OK。模型求解-Solution3求解：点击【Solution】->【Solve】->【CurrentLS】，在弹出的对话框点OK，便可开始求解。当跳出“Solutionisdone”时表示求解完成。模型求解-Solution查看温度分布