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水利工程论文-ANSYS热分析模块分析渗流场问题的探究.doc

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水利工程论文-ANSYS热分析模块分析渗流场问题的探究.doc

水利工程论文-ANSYS热分析模块分析渗流场问题的探究摘要:本文分析了温度场与渗流场的基本理论、微分方程、初始条件和边界条件的相似性,为后续利用ANSYS的热分析模块来求解渗流问题提供了依据。通过计算黑河金盆大坝0+225主断面的在正常蓄水位下的流场分布情况,验证了热分析模块对渗流分析结果的可行性与正确性。关键词:ANSYS热分析渗流场温度场GEO-SEEPWANSYS是一种应用十分广泛的通用的成熟的完备的有限元工程分析软件。它具有多种多样的分析能力,从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析,除此之外还有方便用户设计的参数化设计语言和产品的优化设计等附加的功能。[1]ANSYS软件能够提供的分析类型有:①结构静力分析;②结构动力分析;③结构非线性分析;④结构屈曲分析;⑤电磁场分析;⑥声场分析;⑦压电分析;⑧流体动态分析;⑨热力学分析。其中热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失、热梯度、热流密度(热能量)等。ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外,还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。但是没有直接可以利用的渗流分析模块,所以本文提出利用热分析热传导模块来分析渗流问题。虽然已有比较成熟的渗流分析软件GEO-SEEPW,但是仅在正分析方面可以应用,缺少用户自定义参数化语言,不能二次编程,这为渗流参数设计和反分析问题带来很大限制和不便。ANSYS的参数化设计语言(APDL)[2]为设计渗流参数和反分析渗流参数提供了有力的工具。1渗流场与温度场的理论相似[3][4]下面从基本理论、微分方程、初始边界条件三个方面来证明温度场与渗流场的相似性。1.1理论基础的相似根据渗流基本理论可知,对于多孔介质满足达西定律:或者(1)其中:—渗流量;—断面面积;—测压管水头;—渗透系数;—渗径长度;—断面平均流速;—渗透坡降。而对于热传导定律(傅里叶假设)为:或者(2)其中:—热(流)量;—断面面积;—温度场梯度值;—热传导热流强度;—传热系数。1.2微分方程相似渗流场微分方程:对于不可压缩各项异性非均质无源稳定渗流微分方程为:(3)对于可压缩各项异性非均质非稳定瞬态渗流微分方程为:(4)其中:、、—、、方向的渗透系数;—单位贮存量。温度场微分方程:对于无热源的各项异性非均质稳定热传导微分方程为:(5)对于无热源的各项异性非均质

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