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稳态热分析问题
本章介绍热分析问题和“热”模型的结果。在稳态热分析中,“热”模块会计算模型对指定的热载荷和受到指定约束作用所做出的热响应。“热”还会自动计算应用于模型的所有预定义测量。
本章包含以下模型:
mvts001:具有梁元素的 3D 冷却翼
mvts002:具有对流的 2D 板
mvts003:具有规定通量的 2D 轴对称圆柱
mvts004:具有中心热源的 2D 轴对称空心圆柱
mvts005:2D 单位深度两层壁温度
mvts006:具有实体元素的 3D 冷却翼
mvts007:3D 实体圆柱温度分布
mvts008:具有规定温度的 3D 壳
mvts001:具有梁元素的 3D 冷却翼
分析类型:
稳态热
模型类型:
3D
比较:
ANSYS No. 95
参考:
Kreith, F. Principles of Heat Transfer. 2nd ed. PA: International Textbook Co., 1959.
说明:
横截面区域为方形的冷却翼被流体所包围,其中一端保持一定温度,另一端是保温的。查找保温端 B 处的温度。
规范
元素类型:
梁 (1)
单位:
Hr Ft Btu F
尺寸:
长度:0.6666
梁属性:
面积:0.00694
IYY:0
剪切 FY:0
CY:0
J:0
IZZ:0
剪切 FZ:0
CZ:0
材料属性:
质量密度:1
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:25
规定温度:
位置/模:
therm_constr1
位于点 A 上:100
对流条件:
位置/膜系数:
体表温度:
therm_constr1
位于曲线 A-B 上:0.333332
0
结果数据比较
理论
ANSYS
差异百分比
尖端 B 处的温度 (m=tip_temp)
68.594
68.618
68.582
0.0174%
收敛 %:0.0% (在局部温度和能量索引中)
最大 P:5
方程数:5
mvts002:具有对流的 2D 板
分析类型:
稳态热
模型类型:
2D 板
参考:
NAFEMS, FEBSTA, No. T4
说明:
厚度均匀的板一侧保温,其它两侧被流体包围。第四个侧面保持一定温度。查找点 E 处的温度。
规范
元素类型:
2D 板 (2)
单位:
Hr M W C
尺寸:
长度:1.0
宽度:0.6
材料属性:
质量密度:0.08
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:52
规定温度:
位置/模:
therm_constr1
位于曲线 A-B 上:100
对流条件:
位置/膜系数:
体表温度:
therm_constr1
位于曲线 C-D、B-E 和 C-E 上:750
0
结果数据比较
理论
差异百分比
点 E 处的温度 (m=pt_e_temp)
18.3
18.15
0.81%
收敛性 %:对于局部温度和能量指数为 2.0%
最大 P:9
方程数:84
mvts003:具有规定通量的 2D 轴对称圆柱
分析类型:
稳态热
模型类型:
2D 轴对称
参考:
NAFEMS, BMTTA(S), No. 15(i)
说明:
圆柱在边界部分周围具有规定的热通量。底侧保持一定温度,顶侧是保温的。查找点 E 处的温度。
规范
元素类型:
2D 实体 (2)
单位:
Hr M W C
尺寸:
内径:0.0
外部半径:0.1
高度:0.05
材料属性:
质量密度:7850
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:52
规定温度:
位置/模:
therm_constr1
位于曲线 A-B 上:0
热载荷
位置/模
分布
空间变化
therm_load1
位于曲线 C-E 上:500000
单位面积上的热/时间
均匀
结果数据比较
理论
差异百分比
目标点 E 处的温度 (m=target_pt_temp)
213.6
213.82
0.1%
收敛 %:0.0% (在局部温度和能量索引中)
最大 P:9
方程数:80
mvts004:具有中心热源的 2D 轴对称空心圆柱
分析类型:
稳态热
模型类型:
2D 轴对称
参考:
NAFEMS, BMTTA(S), No. 15 (iii)
说明:
空心圆柱在内部曲面的中心部分上具有规定热通量;而末端是保温的。顶部、底部和外部曲面都保持统一温度。查找点 G 处的温度。
规范
元素类型:
2D 实体 (2)
单位:
Hr M W C
尺寸:
内径:0.02
外部半径:0.1
高度:0.14
材料属性:
质量密度:7850
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:52
规定温度:
位置/模:
Therm_constr1
位于曲线 A-B、B-C 和 C-D 上:0
热载荷
位置/模
分布
空间变化
Therm_load1
位于曲线 E-F 上:500000
单位面积上的热/时间
均匀
结果数据比较
理论
差异百分比
目标点 G 处的温度 (m=target_pt_temp)
59.82
59.84
0.03%
收敛 %:0.0% (在局部温度和能量索引中)
最大 P:9
方程数:133
mvts005:2D 单位深度两层壁温度
分析类型:
稳态热
模型类型:
2D 单位深度
比较:
ANSYS No. 92
参考:
Kreith, F. Principles of Heat Transfer. 2nd ed. PA: International Textbook Co., 1959.
说明:
两层壁的内部曲面和外部曲面都被加热流体包围;而末端是保温的。查找内部曲面和外部曲面的温度。
规范
元素类型:
2D 实体 (2)
单位:
Hr Ft Btu F
尺寸:
层 1 厚度:0.75
层 2 厚度:0.416666
材料属性:
质量密度:1
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:
层 1 (K1):0.8
层 2 (K2):0.1
对流条件:
位置/膜系数:
体表温度:
Therm_constr1
位于曲线 A-B 上:12
位于曲线 C-D 上:2
3000
80
结果数据比较
理论
ANSYS
差异百分比
内部曲面的温度 (m=inner_temp_1)
2957
2957.2
2957.2
0.006%
外部曲面的温度 (m=outer_temp_1)
336
336.7
336.7
0.2%
收敛 %:0.0% (在局部温度和能量索引中)
最大 P:2
方程数:13
mvts006:具有实体元素的 3D 冷却翼
分析类型:
稳态热
模型类型:
3D
比较:
ANSYS No. 96
参考:
Kreith, F. Principles of Heat Transfer. 2nd ed. PA: International Textbook Co., 1959.
说明:
横截面区域为方形的冷却翼被流体所包围,其中一端保持一定温度,另一端是保温的。查找保温端 (曲面 EFGH) 处的温度。
规范
元素类型:
实体 (2)
单位:
Hr Ft Btu F
尺寸:
长度:0.6666
宽度:0.083333
高度:0.083333
材料属性:
质量密度:1
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:25
规定温度:
位置/模:
thermal_constr1
位于曲面 ABCD 上:100
对流条件:
位置/模:
体表温度:
therm_constr1
位于除曲面 ABCD 和 EFGH 以外的所有外部曲面上:1
0
结果数据比较
理论
ANSYS
差异百分比
尖端处的温度 (m=tip_temp_1)
68.592
68.618
68.533
0.09%
收敛 %:0.0% (在局部温度和能量索引中)
最大 P:8
方程数:998
mvts007:3D 实体圆柱温度分布
分析类型:
稳态热
模型类型:
3D
比较:
ANSYS No. 101
参考:
Schneider, P. J. Conduction Heat Transfer. 2nd ed. MA: Addison-Wesley Publishing Co., Inc., 1957.
说明:
短实体圆柱,在所有曲面上都受到规定温度的作用。查找圆柱中的温度分布。
规范
元素类型:
实体 1(2)
单位:
Hr Ft Btu F
尺寸:
外径:0.5
高度:0.5
材料属性:
质量密度:1
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:1.0
规定温度:
位置/模:
therm_constr1
位于曲面 EMN (顶部) 上:40
位于曲面 AKL (底部) 和 KLMN (外部曲面) 上:0
结果数据比较
理论
ANSYS
差异百分比
点 A (m=node_1_temp)
0
0
0.0
0.0%
点 B (m=node_11_temp)
6.8
7.4427
6.8577
0.84%
点 C (m=node_21_temp)
15.6
16.361
15.4406
1%
点 D (m=node_31_temp)
26.8
27.411
26.4951
1.13%
点 E (m=node_41_temp)
40
40
40.0
0.0%
收敛性 %:对于局部温度和能量指数为 1.4%
最大 P:9
方程数:622
mvts008:具有规定温度的 3D 壳
分析类型:
稳态热
模型类型:
3D
参考:
NAFEMS, BMTTA(S), No. 9 (i)
说明:
板在边界周围具有均匀分布的规定温度。未生成任何内部热。查找点 E 处的温度。
规范
元素类型:
壳 (10)
单位:
Hr M W C
尺寸:
长度:0.6
宽度:0.4
厚度:1
材料属性:
质量密度:7850
每单位质量成本:0
杨氏模量:0
泊松比:0
热膨胀:0
传导率:52
规定温度:
位置/模:
therm_constr1
位于曲线 A-B 上:1000
位于曲线 A-D、C-D 和 B-C 上:0
结果数据比较
理论
差异百分比
目标点 E 处的温度 (m=target_pt_temp)
260.5
260.4192
0.03%
收敛 %:对于局部温度和能量指数为 1.8%
最大 P:9
方程数:341