Workbench热分析实例之一

Inventory #00557 WS9-17
铝的命令行
Workshop Supplement
• 指定随温度改变的材料属性，使用ANSYS 命令: MPTEMP 和 MPDATA。 MPTEMP,Starting location,T1,T2,T3,T4,T5,T6
(比如有12 个值，则需要使用两个 MPTEMP命令，每个命令中可以定义 1 到 7个值。)
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Inventory #00557 WS9-16
焓
• 热焓数据必须要用命令行添加。 • 高亮 “wheel” ，然后插入命令:
• 注意命令行下的注释: 飞轮的材料属性号可以简单的记为参数 “matid”
值 696 °C 2707 kg/m3 896 J/kg-°C 1050 J/kg-°C 395440 J/kg 1.0704e9 J/m3
温度(°C) 0
695 700 1000
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焓(ENTH) (J/m3) 0
案例 – 飞轮铸造分析
飞轮几何:
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Inventory #00557 WS9-6
1.6857E9 2.7614E9 3.6226E9
Inventory #00557 WS9-13
铝
• 和沙模类似，为飞轮创建一个新的材料 • 更改材料名称为Aluminum • 删除密度和比热的定义: 点击Add/Remove Properties
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MPDATA,Label,Material number,Starting location,Value1,value2,value3,value4,value5,value6
需要使用材料属性号MATID。
MPTEMP,1,0,695,700,1000 MPDATA,ENTH,MATID,0.0,1.6857E+9,2.7614E+9,3.6226E+9
Inventory #00557 WS9-4
飞轮铸造分析-控制
• 激活时间积分。使用向后欧拉时间积分。 • 激活线性搜索收敛增强工具。 • 热导率表现了沙与铝的接触。 • 将进行两个分析
–Case 1: 观察1分钟内的凝固。 –Case 2: 运行第二个工况，持续30秒。
• 激活自动时间步
–初始和最小时间步长为0.001 sec –Case 1: 最大时间步长2.0 sec –Case 2: 最大时间步长5.0 sec
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Inventory #00557 WS9-2
飞轮铸造分析
Workshop Supplement
• 铝的热焓数据不直接给出，但是我们可以从已有数据中计算出热焓。 • 定义热焓属性:
–选择Ts = 700 °C 以及Tl = 695 °C ( 在流体和固体之间定义5 °C 的相变 区间)
属性 熔点 密度 Cs, 固体比热 Cl,流体比热 L, 潜热 (或 L x 密度)
• 热焓计算结果数据
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使用已存在的几何文件
Workshop Supplement
• 双击“wheel.agdb”，返回到Project 页，高亮wheel，打开Simulation，注意需要改变分析类型为2D
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Inventory #00557 WS9-9
材料属性 – 飞轮铸造分析
• 沙模的材料属性 (常数): 热导率: 密度: 比热:
0.346 W/m-°C 1520 kg/m3 816 J/kg-°C
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Inventory #00557 WS9-12
铝的热焓数据
Workshop Supplement
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Inventory #00557 WS9-5
Inventory #00557 WS9-8
几何类型
• 确认在2D behavior中选择了 “Axisymmetric” 。 高亮Geometry ，查看其细节栏。
Workshop Supplement
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•铝 注意，密度和比热将被删除，因为可以替代的计算热焓。
温度相关的热导率
Temperature (°C) 100 200 300 400 530 800
KXX (W/m-°C) 206 215 228 249 268 290
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Inventory #00557 WS9-11
沙模 !
Workshop Supplement
Inventory #002557 WS9-1
案例 – 飞轮铸造分析
• 为了讲述在课程中论述的相变技术，将进行 一个飞轮铸造分析:
• 问题描述:
– 对一个铝制飞轮铸造进行相变分析。飞 轮是将溶解的铝注入沙模中制造的。
• 分析目标:
– 研究飞轮凝固过程。
Workshop Supplement
几何文件Wheel.agdb - 轴对称几何
• 在Transient Thermal上右击，然后插入对流
– 确认激活边选择器，选中模型顶部的边 – 输入如图所示数值 • 然后再次在Transient Thermal上右击，插入第二个对流 – 选择模型的右侧边，填入指定数值
Workshop Supplement
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• 建立对流边界条件。
–环境温度为30 °C，沙模侧面换热系数为7.5 W/m2-°C ，沙模顶面为5.75 W/m2-°C。
–底部不指定边界条件 (完全绝热).
• 在后处理中建立温度探测器。
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Inventory #00557 WS9-15
铝
• 工程数据显示:
热导率vs. 铝的温度
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Inventory #00557 WS9-14
删除属性
• 不选中
Workshop Supplement
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(实际上 “matid”的值在不同的几何体和它们的命令行 中代表的意义不同。 ….)
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Inventory #00557 WS9-18
对流边界条件
• 环境温度为30 °C ，沙模侧面对流换热系数 7.5 W/m2-°C ，顶面为 5.75 W/m2-°C 。
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Inventory #00557 WS9-19
分析
• 插入新的分析: 瞬态分析 –瞬态分析的分支下是初始条件和分析 细节 –时间步信息 –结束时间
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Inventory #00557 WS9-3
步骤
Workshop Supplement
• 定义两种材料: 铝和沙。 • 建Baidu Nhomakorabea瞬态热分析
–指定时间步长控制。 –求解控制。
• 指定初始条件。 –沙模25 °C –铝800 °C
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Workshop Supplement
Inventory #00557 WS9-10
创建沙模
Workshop Supplement
• 高亮沙模Sand • 创建新材料 • 重新将其定义为沙
飞轮几何
• 沙漠几何:
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Inventory #00557 WS9-7
Workbench-Simulation Heat Transfer 11.0
Workshop 9 – 飞轮铸造(相变分析)
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描述 • 部件在圆柱形沙模(高20厘米，半径25厘米)的中心。 • 铝在800 °C时注入沙模。 • 沙模初始温度为 25 °C 。 • 模型顶面和侧面与环境通过自由对流交换热量。 • 假设沙模和铝均为轴对称。 • 假设沙的热材料属性为常数，铝随时间变化。比热和密度将用来计算铝的热焓。
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