ANSYS熱分析邊界條件

會(huì)計(jì)學(xué)1ANSYS熱分析邊界條件6-2表格化邊界條件-基本變量基本變量時(shí)間全局笛卡爾坐標(biāo)系中坐標(biāo)溫度速度,用于Fluid116單元，1-D熱－流單元相應(yīng)ANSYS標(biāo)記TIMEX,Y,ZTEMPVELOCITY表格由下列基本變量組成:第1頁(yè)/共47頁(yè)6-3其它表格定義獨(dú)立變量直接或間接隨基本變量變化并形成表格的變量，如，

hf=f(time)

換熱系數(shù)(獨(dú)立變量)是基本變量時(shí)間的函數(shù)

hf=f(x,rpm) rpm=g(time) hf和rpm是獨(dú)立變量

第2頁(yè)/共47頁(yè)6-4其它表格定義多元表格表格有多于一個(gè)的變量，如

hf=f(x,y,time)循環(huán)表格表格要引用其它帶有獨(dú)立變量的表格，如

hf=f(x,y,rpm) rpm=g(time)第3頁(yè)/共47頁(yè)6-5表格輸入的應(yīng)用 表格化邊界條件可以使用于所有實(shí)體模型

和/或有限元模型

熱邊界條件:使用D,DK,DL,DA命令施加的溫度使用F,FK命令施加的熱流使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加的對(duì)流使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加的熱流量使用BF,BFE,BFL,BFA,BFV命令施加的內(nèi)部熱生成使用HELP

命令查看上述命令相應(yīng)的菜單項(xiàng)。第4頁(yè)/共47頁(yè)6-6表格化邊界條件的重要說(shuō)明 如果表格化邊界條件不是時(shí)間的函數(shù)，他們可以很好的隨時(shí)間階躍施加，而不受KBC命令的約束(見第4章)。第5頁(yè)/共47頁(yè)6-7基本變量-邊界條件應(yīng)用熱邊界條件施加溫度熱流換熱系數(shù)介質(zhì)溫度熱流量?jī)?nèi)部熱生成均勻熱生成基本變量TIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCITYTIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMPTIME第6頁(yè)/共47頁(yè)6-8單元-特殊表格支持Fluid1161-D熱－流單元載荷熱流是基本變量TIME的函數(shù)壓力是基本變量TIME,X,Y,Z的函數(shù)SURF151,152平面效果單元實(shí)常數(shù)旋轉(zhuǎn)速度和滑動(dòng)因子(主要用于汽輪機(jī)應(yīng)用如轉(zhuǎn)子)是基本變量TIME,X,Y,Z的函數(shù)第7頁(yè)/共47頁(yè)6-9定義ANSYS表格表格可以使用下面的方法定義:ANSYS命令(*DIM)在GUI,使用UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit在GUI,在施加邊界條件時(shí)，軟件允許使用現(xiàn)有的表格或定義新的表格。用外部編輯器如EXCEL生成的文件。數(shù)據(jù)必須是tab-delimited格式才能用ANSYS的

*TREAD命令讀入。第8頁(yè)/共47頁(yè)6-10ANSYSAPDL數(shù)組復(fù)習(xí)ANSYS有兩種數(shù)組參數(shù):數(shù)組類型定義離散的函數(shù)表格類型使用線性插值方法定義連續(xù)的函數(shù)。數(shù)組可以是一、二、三維的。兩維數(shù)組有m行

n列;

行用行號(hào)

I標(biāo)志,從1到m

列用列號(hào)J標(biāo)志，從1到n。組成數(shù)組的數(shù)稱為數(shù)組元素。每個(gè)數(shù)組元素用下標(biāo)(I,J)標(biāo)志，I是行號(hào)，J是列號(hào)。第9頁(yè)/共47頁(yè)6-11ANSYSAPDL數(shù)組復(fù)習(xí)對(duì)于ARRAY類型，所有數(shù)都按照下標(biāo)存儲(chǔ)和引用。所有下標(biāo)為整數(shù)。一個(gè)典型的5x3數(shù)組如下。第10頁(yè)/共47頁(yè)6-12ANSYSAPDL數(shù)組復(fù)習(xí)例如，在ANSYS命令中使用數(shù)組元素NSTR(2,4)會(huì)將數(shù)字19.1代入，如果數(shù)組定義如下:第11頁(yè)/共47頁(yè)6-13ANSYSAPDL表格復(fù)習(xí)TABLE同樣由一系列排列為矩陣的數(shù)組成，但TABLE允許使用數(shù)組元素的中間值，這是通過(guò)插值方法實(shí)現(xiàn)的。而且,J=0列,通常包括行號(hào)數(shù)字(I=1到m),必須變化為單向增加的數(shù)字系列(不一定是整數(shù))。同樣,I=0行,通常包括列號(hào)數(shù)字(J=1到n),必須變化為單向增加的數(shù)字系列(不一定是整數(shù))。

缺省情況下，所有標(biāo)志數(shù)字從接近0的數(shù)字開始。第12頁(yè)/共47頁(yè)6-141-D表格例子例如,1-D表格A可以解釋如下:A(1.5)表示20.0

(12.0和28.0的中間數(shù)值)A(2.5)表示87.2

(28.0和146.4的中間數(shù)值)第13頁(yè)/共47頁(yè)6-152-D表格例子2-D表格PQ可以解釋如下:PQ(1,1.5)表示3.5

(2.8和4.2的中間數(shù)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30%加到42.0和-4.5的平均值上)。第14頁(yè)/共47頁(yè)6-16載荷數(shù)組的通常習(xí)慣盡管參數(shù)名可以達(dá)到8個(gè)字符長(zhǎng)，表格參數(shù)由于應(yīng)用于命令的域中，只能限制在7個(gè)字符以下。第15頁(yè)/共47頁(yè)6-17例:使用表格定義A“載荷”在載荷中使用表格允許用戶在表格元素之間自動(dòng)進(jìn)行線性，雙線性和三次插值?？紤]下面的載荷(FORCE可以是節(jié)點(diǎn)熱流):第16頁(yè)/共47頁(yè)6-18使用命令定義APDL表格表格(FORCE)元素為載荷數(shù)值，行標(biāo)號(hào)為時(shí)間數(shù)值，使用下面的ANSYS命令定義:*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(不必須)見右圖所示。第17頁(yè)/共47頁(yè)6-19使用GUI表格編輯器定義APDL表格使用GUI,intheUtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit>Add12第18頁(yè)/共47頁(yè)6-20使用外部模板定義APDL表格(如,EXCEL)在EXCEL中定義表格元素，包括“0”號(hào)行,“0”號(hào)列。用戶可以使用空行將數(shù)據(jù)平面分割開，數(shù)據(jù)會(huì)可讀性更強(qiáng)。一個(gè)3-D表格的例子見下，注意y平面變量有兩個(gè)元素:在EXCEL中用tab-delimited文本格式寫出，使用菜單File>SaveAs>changeSaveAsTypetotext(tabdelimited)第19頁(yè)/共47頁(yè)6-21使用外部模板定義APDL表格(續(xù))用戶可以給EXCEL數(shù)據(jù)加上題目，而且空白行可以使得數(shù)據(jù)更加容易識(shí)別。在ANSYS中,定義數(shù)組使用UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit>Addthisisa3-DTable第20頁(yè)/共47頁(yè)6-22使用外部模板定義APDL表格(續(xù))要讀入EXCEL數(shù)據(jù)，使用UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>ReadfromFile>Tablearray并將對(duì)話框中所需數(shù)據(jù)給出。注-跳過(guò)EXCEL數(shù)據(jù)的前四行。第21頁(yè)/共47頁(yè)6-23在GUI中檢查表格數(shù)據(jù)可以通過(guò)UtilityMenu>Parameters>Define/Edit>來(lái)檢查數(shù)據(jù)平面第22頁(yè)/共47頁(yè)6-24表格可以用UtilityMenu>Plot>Arrays繪制。使用前面的1-D例子，將對(duì)話框中填充，生成的圖見后面。繪制APDL表格第23頁(yè)/共47頁(yè)6-25繪制APDL表格(續(xù))填充完對(duì)話框并單擊OK,下面的圖形出現(xiàn),第24頁(yè)/共47頁(yè)6-26使用命令操作表格表格可以使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS加載命令施加。使用表格輸入的方式是在命令的數(shù)值域?qū)⒈砀衩钸M(jìn)去。不用使用其他表格參數(shù)。下面有幾個(gè)例子:SF,all,HFLUX,%fluxtab%D,all,TEMP,%temptab%SFL,all,CONV,%hftab%,1000第25頁(yè)/共47頁(yè)6-27通過(guò)GUI施加操作表格 在GUI,當(dāng)用戶選擇加載并單擊APPLY,對(duì)話框可以讓用戶指出施加的方式:常數(shù)或現(xiàn)存的表格或新表格第26頁(yè)/共47頁(yè)6-28檢查通過(guò)表格輸入的邊界條件當(dāng)表格邊界條件施加到實(shí)體模型或有限元模型上后，在前處理器中列出邊界條件時(shí)表格名將出現(xiàn)。如果使用SBCTRAN(Solution>Loads>Operate>TransfertoFE)命令將載荷傳遞到有限元模型上時(shí),在求解器中可以列出或繪制出結(jié)點(diǎn)和單元的表格邊界條件數(shù)值。如果表格邊界條件是時(shí)間的函數(shù)，顯示的是TIME=0的數(shù)值.。如果載荷步文件(jobname.SXX)是在傳遞以后寫的，結(jié)點(diǎn)和單元的載荷步文件邊界條件(實(shí)體模型載荷不存儲(chǔ)在LS文件中)還是由表格引用，而不是數(shù)值。第27頁(yè)/共47頁(yè)6-29檢查通過(guò)表格輸入的邊界條件(續(xù))求解結(jié)束后，列出或繪制單元和結(jié)點(diǎn)的邊界條件(在求解器中)會(huì)顯示出時(shí)間為最后載荷子步的數(shù)值。在POST1(通用后處理器)中,邊界條件可以在結(jié)點(diǎn)和單元上列出或繪制，時(shí)間是存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值。第28頁(yè)/共47頁(yè)6-30其他選項(xiàng)-表格輸入在許多情況下，載荷類型可以得到但載荷的表格數(shù)值在建模時(shí)并不知道。在這種情況下，用戶可能只想確定不同的載荷區(qū)域。要做到這一點(diǎn):使用新表格施加邊界條件，表格大小和數(shù)值都取缺省數(shù)值(空白)。如果后來(lái)知道了邊界條件，只要重新定義表格大小和數(shù)值即可。不用重新施加載荷。第29頁(yè)/共47頁(yè)6-31例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)]假設(shè)面上的對(duì)流換熱系數(shù)是非線性函數(shù)，并只與面的全局X坐標(biāo)有關(guān)。假設(shè)有6個(gè)插值點(diǎn)，可以在GUI中定義如下表格:第30頁(yè)/共47頁(yè)6-32例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù))假設(shè)全局笛卡兒坐標(biāo)從1到6變化，換熱系數(shù)表格可以定義為:第31頁(yè)/共47頁(yè)6-33例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù))使用GUI在線上施加對(duì)流，出現(xiàn)下面的對(duì)話框。選擇“existingtable”為換熱系數(shù)，“constantvalue”為介質(zhì)溫度(因?yàn)闆]有用表格定義)。輸入TBULK數(shù)值并單擊OK。第32頁(yè)/共47頁(yè)6-34例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù))下面的對(duì)話框允許用戶選擇合適的表格(在本題中,只有一個(gè)表格,HF,可以選擇)。第33頁(yè)/共47頁(yè)6-35例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù))要顯示對(duì)流邊界條件，我們打開右圖選項(xiàng)UtilityMenuunderPlotCtls>Symbols第34頁(yè)/共47頁(yè)6-36例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù))要在繪圖時(shí)顯示表格名，在UtilityMenu, underPlotCtls> Numbering,打開

TableNames第35頁(yè)/共47頁(yè)6-37例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù)) 畫線顯示表格化換熱系數(shù),HF,使用表格名。第36頁(yè)/共47頁(yè)6-38例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù))在通用后處理器(POST1)中,數(shù)值可以通過(guò)將表格名關(guān)閉并將數(shù)值打開顯示(UtilityMenu>PlotCtls>Numbering)TurnoffTurnon第37頁(yè)/共47頁(yè)6-39例子：換熱系數(shù)是長(zhǎng)度的函數(shù)[HF=f(x)](續(xù))數(shù)值不能在幾何

模型顯示;只能在有限元模型顯示:

這是單元繪圖。第38頁(yè)/共47頁(yè)6-40時(shí)間步長(zhǎng)和輸出控制表格邊界條件允許用戶在一個(gè)載荷步中定義和求解復(fù)雜，瞬態(tài)熱傳遞問(wèn)題。多載荷步同樣可以使用表格化邊界條件。但是，當(dāng)自動(dòng)時(shí)間步(ATS)打開，求解器可能會(huì)跳過(guò)時(shí)間的關(guān)鍵部分(如,載荷突然變化)。要避免這一點(diǎn)，用戶可以定義關(guān)鍵時(shí)間(時(shí)間步中的某一時(shí)間將設(shè)置為初始的NSUB/DELTIM數(shù)值)。這些設(shè)置可以通過(guò)ANSYS命令TSRES

來(lái)設(shè)置。結(jié)果寫入結(jié)果文件(jobname.rth)的頻率可以使用OUTRES

命令控制。第39頁(yè)/共47頁(yè)6-41關(guān)鍵時(shí)間和輸出時(shí)間RPMTime輸出時(shí)間關(guān)鍵時(shí)間第40頁(yè)/共47頁(yè)6-42時(shí)間步重置(TSRES命令)在特定時(shí)間點(diǎn)重新設(shè)置時(shí)間步大小為初始數(shù)值(使用NSUB/DELTIM命令設(shè)置)可以參照數(shù)組(不是表格)，使用TSRES命令: TSRES