《CH6热边界条》PPT课件.ppt

第 6 章 复杂的，时间和/或空 间变化的边界条件 1 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。 2 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 TIME X, Y, Z TEMP VELOCITY 表格由下列基本变量组成: 3 其它表格定义 独立变量 直接或间接随基本变量变化并形成表格的变量，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 4 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) 5 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命令施加的温度 使用F, FK命令施加的热流 使用SF, SFE, SFL, SFA命令施加的对流 使用SF, SFE, SFL, SFA命令施加的热流量 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。 6 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 )。 7 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 热流量 内部热生成 均匀热生成 基本变量 TIME,X,Y,Z TIME,X,Y,Z,TEMP TIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCITY TIME,X,Y,Z TIME,X,Y,Z,TEMP TIME,X,Y,Z,TEMP TIME 8 单元-特殊表格支持 Fluid116 1-D 热流单元 载荷 热流是基本变量TIME的函数 压力是基本变量 TIME,X,Y,Z的函数 SURF151, 152 平面效果单元 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 9 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 Utility MenuParametersArray ParametersDefine/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。 10 ANSYS APDL 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。 11 ANSYS APDL 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。 12 ANSYS APDL 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: 13 ANSYS APDL 表格复习 TABLE 同样由一系列排列为矩阵的数组成，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。 而且, J=0 列, 通常包括行号数字(I=1 到m), 必须变化为单向增加的 数字系列 (不一定是整数)。 同样, I=0 行, 通常包括列号数字(J=1 到n), 必须变化为单向增加的数 字系列 (不一定是整数)。 缺省情况下，所有标志数字从接近0的数字开 始。 14 1-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) 15 2-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 30% 加到 42.0和-4.5的平均值上)。 16 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。 17 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): 18 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,TIME FORCE(1,1)=0,560,560,238.5,0 FORCE(1,0)=1.E-6,0.8,7.2,8.5,9.3 FORCE(0,1)=1.0 (不必须) 见右图所示。 19 使用GUI表格编辑器定义 APDL表格 使用 GUI, in the Utility MenuParametersArray ParametersDefine/EditAdd 1 2 20 使用外部模板定义 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 FileSave Aschange Save As Type to text (tab delimited) 21 使用外部模板定义 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 Utility MenuParametersArray ParametersDefine/EditAdd this is a 3-D Table 22 使用外部模板定义 APDL表格(续) 要读入 EXCEL数据，使用 Utility MenuParametersArray ParametersRead from FileTable array 并将对话框中所需数据给 出。 注-跳过EXCEL数据的前四 行。 23 在 GUI中检查表格 数据可以通过 Utility Menu ParametersDefine/Edit 来检查 数据平面 24 表格可以用 Utility Menu 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 25 绘制 APDL 表格 (续) 填充完对话框并单击 OK, 下面的图形出现, 26 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%,1000 27 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 28 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 (SolutionLoadsOperateTransfer to FE) 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结点 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，结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。 29 检查通过表格输入的边界条件(续) 求解结束后，列出或绘制单元和结点的边界条件 (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, 边界条件可以在结点和单元上列出或绘 制，时间是存储在数据库中的数值。 30 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。 31 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: 32 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: 33 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“existing table” 为换热系数， “constant value” 为介质温度 (因为 没有用表格定义)。 输入 TBULK 数值并单 击 OK。 34 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)。 35 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Utility Menu under PlotCtlsSymbols 36 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Utility Menu, under PlotCtls Numbering, 打开 Table Names 37 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。 38 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 (Utility MenuPlotCtlsNumbering) Turn off Turn on 39 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: 这是单元绘图。 40 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。 结果写入结果文件 (jobname.rth)的频率可以使用 OUTRES 命令控 制。 41 关键时间和输出时间 RPM Time 输出时间关键时间 42 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。 43 时间步重置 - 使用 GUI 3 1 2 4 44 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