随时间和空间变化的复杂边界条件

第6章随时间和空间变化的复杂边界条件

表格化热边界条件(载荷)以前，施加在几何模型和/或有限元模型上的载荷都是常数或随温度变化的数值。当要施加复杂的随时间和空间变化的载荷时，表格化的热边界条件就更加方便。定义-表格化边界条件就是通过表格施加的边界条件，其数值经过计算并在求解过程中施加。March30,2002表格化边界条件-基本变量基本变量时间全局笛卡尔坐标系中坐标温度速度,用于Fluid116单元，1-D热－流单元相应ANSYS标记TIMEX,Y,ZTEMPVELOCITY表格由下列基本变量组成:March30,2002其它表格定义独立变量直接或间接描述与基本变量的表格关系的变量，如，

hf=f(time)

换热系数(独立变量)是基本变量时间的函数

hf=f(x,rpm) rpm=g(time) hf和rpm是独立变量

March30,2002其它表格定义多元表格表格有多于一个的变量，如

hf=f(x,y,time)循环表格表格要引用其它带有独立变量的表格，如

hf=f(x,y,rpm) rpm=g(time)March30,2002表格输入的应用 表格化边界条件可以使用于所有实体模型

和/或有限元模型

热边界条件:使用D,DK,DL,DA命令施加温度使用F,FK命令施加热流使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加对流(膜系数和环境温度)使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加的热流密度使用BF,BFE,BFL,BFA,BFV命令施加的内部热生成使用HELP

命令查看上述命令相应的菜单项。March30,2002表格化边界条件的重要说明 如果表格化边界条件不是时间的函数，他们可以很好的随时间阶跃施加，而不受KBC命令的约束(见第4章)。March30,2002基本变量-边界条件应用热边界条件施加温度热流换热系数介质温度热流密度内部热生成均匀热生成基本变量TIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCITYTIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMPTIMEMarch30,2002单元-特殊表格支持Fluid1161-D热－流单元载荷热流率是基本变量TIME的函数压力是基本变量TIME,X,Y,Z的函数SURF151,152表面效应单元实常数旋转速度和滑动因子(主要用于汽轮机应用如转子)是基本变量TIME,X,Y,Z的函数March30,2002定义ANSYS表格表格可以使用下面的方法定义:ANSYS命令(*DIM)在GUI,使用UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit在GUI,在施加边界条件时，软件允许使用现有的表格或定义新的表格。用外部编辑器如EXCEL生成的文件。数据必须是tab-delimited格式才能用ANSYS的

*TREAD命令读入。March30,2002ANSYSAPDL数组复习ANSYS有两种数组参数:数组类型定义离散的函数表格类型使用线性插值方法定义连续的函数。数组可以是一、二、三维的。两维数组有m行

n列;

行用行号

I标志,从1到m

列用列号J标志，从1到n。组成数组的数称为数组元素。每个数组元素用下标(I,J)标志，I是行号，J是列号。March30,2002ANSYSAPDL数组复习对于ARRAY类型，所有数都按照下标存储和引用。所有下标为整数。一个典型的5x3数组如下。March30,2002ANSYSAPDL数组复习例如，在ANSYS命令中使用数组元素NSTR(2,4)会将数字19.1代入，如果数组定义如下:March30,2002ANSYSAPDL表格复习TABLE同样由一系列排列为表格方式的数组成，但TABLE允许使用数组元素的中间值，这是通过插值方法实现的。另外,J=0列,通常包括行号的索引数字(I=1到m),必须定义为单调增加的数字(不一定是整数)。同样,I=0行,通常包括列号的索引数字(J=1到n),必须定义为单向增加的数字系列(不一定是整数)。

缺省情况下，所有索引数字从接近0的数字开始。March30,20021-D表格例子例如,1-D表格A可以解释如下:A(1.5)表示20.0

(12.0和28.0的中间数值)A(2.5)表示87.2

(28.0和146.4的中间数值)March30,20022-D表格例子2-D表格PQ可以解释如下:PQ(1,1.5)表示3.5

(2.8和4.2的中间数值)PQ(3.5,1.3)表示14.88

(42.0和-4.5平均,9.7和2.0平均,然后乘上差值的30%加到42.0和-4.5的平均值上)。March30,2002载荷数组的通常习惯尽管参数名可以达到8个字符长，表格参数由于应用于命令的域中，只能限制在7个字符以下。March30,2002例:使用表格定义A“载荷”在载荷中使用表格允许用户在表格元素之间自动进行线性，双线性和三次插值。考虑下面的载荷(FORCE可以是节点热流):March30,2002使用命令定义APDL表格表格(FORCE)元素为载荷数值，行标号为时间数值，使用下面的ANSYS命令定义:*DIM,FORCE,TABLE,5,1,1,TIMEFORCE(1,1)=0,560,560,238.5,0FORCE(1,0)=1.E-6,0.8,7.2,8.5,9.3FORCE(0,1)=1.0(不必须)见右图所示。March30,2002使用GUI表格编辑器定义APDL表格使用GUI,intheUtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit>Add12March30,2002使用外部制表软件定义APDL表格(如,EXCEL)在EXCEL中定义表格元素，包括“0”号行,“0”号列。用户可以使用空行将数据平面分割开，数据会可读性更强。一个3-D表格的例子见下，注意y平面变量有两个元素:在EXCEL中用tab-delimited文本格式写出，使用菜单File>SaveAs>changeSaveAsTypetotext(tabdelimited)March30,2002使用外部制表软件定义APDL表格(续)用户可以给EXCEL数据加上题目，而且空白行可以使得数据更加容易识别。在ANSYS中,定义数组使用UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit>Addthisisa3-DTableMarch30,2002使用外部制表软件定义APDL表格(续)要读入EXCEL数据，使用UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>ReadfromFile>Tablearray并将对话框中所需数据给出。注-跳过EXCEL数据的前四行.March30,2002在GUI中检查表格数据可以通过UtilityMenu>Parameters>Define/Edit>来检查平面数据March30,2002表格可以用UtilityMenu>Plot>Arrays绘制。使用前面的1-D例子，将对话框中填充，生成的图见后面。绘制APDL表格March30,2002绘制APDL表格(续)填充完对话框并单击OK,下面的图形出现,March30,2002使用命令操作表格表格可以使用标准的ANSYS加载命令施加。使用表格输入的方式是在命令的数值域将表格名填进去。不用使用其他表格参数。下面有几个例子:SF,all,HFLUX,%fluxtab%D,all,TEMP,%temptab%SFL,all,CONV,%hftab%,1000March30,2002通过GUI施加操作表格 在GUI,当用户选择加载并单击APPLY,对话框可以让用户指出施加的方式:常数或现存的表格或新表格March30,2002检查通过表格输入的边界条件当表格边界条件施加到实体模型或有限元模型上后，在前处理器中列出边界条件时表格名将出现。如果使用SBCTRAN(Solution>Loads>Operate>TransfertoFE)命令将载荷传递到有限元模型上时,在求解器中可以列出或绘制出节点和单元的表格边界条件数值。如果表格边界条件是时间的函数，显示的是TIME=0的数值.。如果载荷步文件(jobname.SXX)是在传递以后写的，节点和单元的载荷步文件边界条件(实体模型载荷不存储在LS文件中)还是由表格引用，而不是数值。March30,2002检查通过表格输入的边界条件(续)求解结束后，列出或绘制单元和节点的边界条件(在求解器中)会显示出时间为最后载荷子步的数值。在POST1(通用后处理器)中,边界条件可以在节点和单元上列出或绘制，时间是存储在数据库中的数值。March30,2002其他选项-表格输入在许多情况下，载荷类型可以得到但载荷的表格数值在建模时并不知道。在这种情况下，用户可能只想确定不同的载荷区域。要做到这一点:使用新表格施加边界条件，表格大小和数值都取缺省数值(空白)。如果后来知道了边界条件，只要重新定义表格大小和数值即可。不用重新施加载荷。March30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)]假设面上的对流换热系数是非线性函数，并只与面的全局X坐标有关。假设有6个插值点，可以在GUI中定义如下表格:March30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)假设全局笛卡儿坐标从1到6变化，换热系数表格可以定义为:March30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)使用GUI在线上施加对流，出现下面的对话框。选择“existingtable”为换热系数，“constantvalue”为介质温度(因为没有用表格定义)。输入TBULK数值并单击OK。March30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)下面的对话框允许用户选择合适的表格(在本题中,只有一个表格,HF,可以选择)。March30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)要显示对流边界条件，我们打开右图选项UtilityMenuunderPlotCtls>SymbolsMarch30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)要在绘图时显示表格名，在UtilityMenu, underPlotCtls> Numbering,打开

TableNamesMarch30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)

画线显示表格化换热系数,HF,使用表格名。March30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)在通用后处理器(POST1)中,数值可以通过将表格名关闭并将数值打开显示(UtilityMenu>PlotCtls>Numbering)TurnoffTurnonMarch30,2002例子：换热系数是长度的函数[HF=f(x)](续)数值不能在几何

模型显示;只能在有限元模型显示:

请注意节点March30,2002时间步长和输出控制表格边界条件允许用户在一个载荷步中定义和求解复杂，瞬态热传递问题。多载荷步同样可以使用表格化边界条件。但是，当自动时间步(ATS)打开，求解器可能会跳过时间的关键部分(如,载荷突然变化)。要避免这一点，用户可以定义关键时间(时间步中的某一时间将设置为初始的NSUB/DELTIM数值)。这些设置可以通过ANSYS命令TSRES

来设置。可以使用OUTRES

命令控制写入结果文件(jobname.rth)的频率。March30,2002关键时间和输出时间RPMTime输出时间关键时间March30,2002时间步重置(TSRES命令)在特定时间点重新设置时间步大小为初始数值(使用NSUB/DELTIM命令设置)可以参照数组(不是表格)，使用TSRES命令: TSRES,数组名其中的数组必须是ANSYS一维数组Nx1,N为关键时间的数目，数组元素就是相应的要重新设置的时间步的时间数值。数组指定的时间点之间的时间增量必须比NSUB或DELTIM指定的时间初始数值大。March30,2002时间步重置-使用GUI

3412March30,2002结果文件输出控制(OUTRES)OUTRES命令允许用户控制计算结果输出到热结果文件(jobname.rth)中的频率。命令格式为, OUTRES,item,FREQ,Cname

要使用数组参数(不是表格)控制输出频率，在命令的FREQ中使用%数组名%，数组名是一维Nx1数组的名字，数组包括N个时间数值，结果将在这些时间点写入结果文件。不需要指定别的参数。March30,2002使用GUI控制结果文件

1342March30,2002使用GUI控制结果文件(续)指定使用新数组还是现有的数组。然后出现后面的对话框。56March30,2002用TSRES和OUTRES使用数组的例子用以重置时间步(TSRES)和在特定时间输出结果(OUTRES)的数组如下:注:使用TSRES和OUTRES的数组不要求一致。因为通常输出点需要比重置时间步的时间点更多一些。March30,2002函数工具有以下三种方式施加与时间相关的载荷:多载荷步列表输入利用函数工具函数工具法也可用于在复杂空间上施加动态变载荷.LoadtLoadtLoadtMarch30,2002函数工具函数工具…..用户可以可以创建函数库，这样可容易的施加各种复杂的边界条件.－用于计算的函数建立方程式；－支持所有的初始变量（x,y,z,temp,pres,timeetc.)－每一函数必须保存为文件；－可从存档文件中调用函数，并运用到列表格式加载中。March30,2002函数工具在ANSYS中运用函数工具进行加载分两步进行1.使用FunctionEditor

生成函数方程；2.使用FunctionLoader将函数加载到TABLE列表中；用函数生成器产生一函数保存该函数并生成该函数对应的变化数据文档

第一步:函数编辑读入所需函数文件为列指定参数名，直接输入对应的数据值用‘existingtable’和指定的参数名进行加载第二步:函数加载March30,2002函数工具

函数编辑函数编辑的方式Solution>Loads-Apply>Functions-Define/Edit按下图所示从菜单界面进行编辑.定义使用TIME作为主变量的方程.保存.March30,2002函数工具

函数编辑将函数编辑器作为计算器生成时间或空间变化的方程对于随时间变化的载荷,将TIME作为主变量定义方程.保存.March30,2002函数工具

函数加载在使用函数加载前,该函数必须被作为表列保存.Tousetheequation,chooseSolution>Loads-Apply>Functions-ReadFile

或在utilitymenu中选择.加载函数文件(“