有限元等轴同心圆柱体的辐射传热.docx

有限元等轴同心圆柱体的辐射传热一.问题描述 有两个等长度的同轴长圆柱体，其横截面如图所示，内外圆柱体的初始温度分别为1000度，100度，两者之间的辐射率为1，两圆柱体的材料性能参数如表所示，求两圆柱体间的辐射热流率（途中长度单位为mm）。问题分析：该问题属于热辐射问题。由于两个圆柱体足够长，在计算过程中忽略端部辐射损失，将问题简化为平面。考虑到整个辐射过程为封闭系统，不需要设置空间节点，在计算过程中使用AUX12辐射矩阵生成器。选择PLANE55热分析单元进行分析求解。2. 求解步骤第一步：建立工作文件名和工作标题。 （1）GUI:Utility MenuFileChange Jobname。 在弹出的对话框中输入工作文件名1111，单击ok按钮关闭对话框。 （2）GUI：Utility MenuFileChange Title命令。在弹出的对话框中输入6666，单击ok按钮关闭对话框。 （3）GUI: Main MenuPreferences。在弹出的对话框，选择Thermal复选框，单击OK按钮，关闭对话框。第二步：定义单元类型 GUI：Main MenuPreprocessorElements TypeAdd/Edit/Delete在出现的对话框，单击Add，出现Library of E，lements Types。在此该对话框中分别选择Thermal Solid，Quad 4 node 55选项，在文本框里边输入1，按照下图进行设置，单击ok按钮，关闭对话框。单击close按钮，关闭对话框。第三步：定义材料性能参数 GUI:Main MenuPreprocessorMaterials PropsMaterial Models。1. 在出现的Material Models Available对话框依次点击Thermal，Conductivity，Isotropic，选项，出现对话框，在KXX中输入圆柱体1的导热系数70，单击ok按钮，关闭对话框。2.在Material Models Available，单击Density选项，在DENS文本框中输入圆柱体1的密度7800，单击ok按钮，关闭对话框。3. 在Material Models Available对话框，点击Specific Heat选项，在出现的对话框中C文本框输入圆柱体1的比热480，单击ok按钮，关闭对话框。 4. 在Define Material Model Behavior单击 Material/New Model命令出现对话框，住Define Main ID文本框输入2，单击ok关闭该对话框。5. 在Material Models Available 列表框双击Isotropic选项，在出现的对话框里的KXX文本框输入圆柱体2的导热系数30，单击ok按钮关闭对话框。6. 在Material Models Available列表中选取Density选项，出现Density for Material Number 2对话框，在DENS文本框输入圆柱体2的密度2700，单击OK按钮关闭对话框。7. 在Material Models Available列表双击Specific Heat 选项，在出现对话框的文本框C中输入圆柱体2的比热350，单击ok按钮关闭对话框。8. 在Define Material Model Behavior对话框选取MaterialExit命令，关闭对话框。第四步：创建几何模型，划分网格 GUI:Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCirclePartial Annulus 1.出现的对话框，在WPX文本框输入0，在WPY文本框中输入0，在Rad-1输入0.1，在Theta-1输入0，在Rad-2输入0.2，在Thets-2输入90. 2.单击Apply，在WPX文本框输入0，在WPY文本框中输入0，Rad-1输入0.4，在Theta-1输入0，在Rad-2输入0.5，在Thets-2输入90.单击ok关闭按钮。3. 选择Utility MenuFileChange Title命令，在文本框输入GEOMETRIC MODEL,单击ok按钮关闭对话框。4. 选择Utility MenuPlotAreas命令，将出现下图所示。5. 选择Utility MenuPlotCtrlsNumbering命令，在弹出的对话框选择Line numbers选项，使其状态有off变成on，其余选项默认，单击ok按钮关闭对话框。6. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出现菜单Element Size on中输入2，4，单击ok按钮，出现Element Size on Picked Lines对话框，按其设置，单击ok按钮关闭对话框。7. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出现菜单Element Size on的文本框输入1，3，单击ok按钮，出现对话框Element Size on Picked Lines，在NDIV输入10，单击ok按钮关闭对话框。8. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出现对话框Element Size on的文本框输入6，8，单击ok按钮，在出现对话框Element Size on Picked Lines对话框，在NDIV文本框输入6，单击ok按钮关闭对话框。9. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsMannualSizeLinesPicked line。在出现对话框Element Size on的文本框输入5.7，单击ok按钮，在出现对话框Element Size on Picked Lines对话框，在NDIV文本框输入30，单击ok按钮关闭对话框。10. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool命令出现MeshTool对话框，在Mesh下拉列表选择Areas选项，在Shape选项中选中Quad和Mapped单选按钮，单击Mesh按钮，出现Mesh Areas菜单，在文本框输入1，单击ok关闭菜单。11. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingMesh Attribute命令出现Meshing Attribute对话框，在【MAT】Material number下拉列表选中2，其余默认，单击ok按钮关闭对话框。12. GUI:Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool出现MeshTool对话框，单击Mesh按钮，出现Mesh Areas菜单，在文本框输入2，单击ok关闭菜单。13. 单击MeshTool对话框中的close按钮关闭对话框。14. GUI:Main MenuPreprocessorModelingReflectAreas命令，在出现Reflect Areas菜单，单击Pick All 按钮，出现Reflect Areas对话框，在Ncomp Plane of symmetry选项组选中Y-Z plane X单选按钮，在NOELEM Item to be reflect下拉列表中选中Area and mesh 选项，在IIMOVE下拉列表框选中Copied如下图，单击OK按钮关闭对话框。15. GUI:Main MenuPreprocessorModelingReflectAreas命令，在出现Reflect Areas菜单，单击Pick All 按钮，出现Reflect Areas对话框，在Ncomp Plane of symmetry选项组选中Y-Z plane Y单选按钮，其余默认，单击OK按钮关闭对话框。16. Main MenuNumbering CtrlsMerge Items命令，出现，MergeCoincident or Equivalently Defined Items对话框，在Label Type下拉列表选中Nodes选项，其余默认，单击Apply按钮，在Label Type下拉列表选中Keypoints选项，单击OK按钮关闭对话框。17. 选择Utility MenuFileChange Title命令，在文本框中输入ELEMENT MODEL，单击ok按钮关闭对话框。18. 选择Utility MenuPlotElement命令，ANSYS显示窗口将显示网格划分后的结果。19. 选择Utility MenuSelectEverything命令。第五步：生产AUX12辐射矩阵1. GUI:Main MenuRadiosity MethSolution Opt命令，出现下图对话框，按其进行设置。单击OK按钮关闭对话框。2. 选择Utility MenuFileSave as命令出现Save Datebase对话框，输入exercise31.db，保存上述操作过程，单击OK按钮关闭对话框。第六步：加载求解1. GUI:Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，在出现的对话框选择类型为Steady-state，单击OK按钮关闭对话框。2. GUI:Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalRadiationOn Lines。在出现文本框输入1，7，9，15，17，23，25，31，单击ok出现Apply RDSF on line对话框，如下图设置单击OK按钮关闭对话框。3. GUI:Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Lines。出现Apply TEMP on lines 菜单，在文本框输入5，13，21，29单击ok出现Apply TEMP on lines 对话框，按下图进行设置。4. GUI:Main MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Lines。出现Apply TEMP on lines 菜单，在文本框输入3，11，19，27单击ok出现Apply TEMP on lines 对话框，按下图进行设置。5. 选择Utility MenuSelectEverything命令。6. GUI:Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequenceFreq and Substeps。出现下图对话框，按图进行设置，单击OK按钮关闭对话框。 7.GUI:Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，出现Solve Current Load Step对话框，单击ok按钮，开始求解。8. 求解结束后，ANSYS显示窗口出现Note提示框，单击close关闭对话框。9. 选择Utility MenuFileSave as ，出现Save Database对话框，输入exercise32.db，保存结果，单击OK按钮关闭对话框。第七步：查看求解结果1. GUI:Main MenuGeneral PostprocRead ResultsLast Set2. 选择Utility MenuSelectEntities命令，出现对话框，在第一个下拉列表选择Elements选项，在第二个下拉列表选择By Attribute选项，在第三个选择Material num单击选项，如下图设置单击OK按钮关闭对话框。3. 选择Utility MenuSelectEntities命令，出现对话框，按下图进行设置单击OK按钮关闭对话框。4. GUI:Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。在对话框列表中依次选择Nodal SolutionDOF SolutionNodal Temperature命令，单击ok，结果如图所示。5.Utility MenuSelectEntities命令出现对话框，在第一个下拉列表选择Elements选项，第二个选择By Attribute选项，第三个选择Material num选项，如下图设置，单击OK按钮关闭对话框。6. Utility MenuSelectEntities命令出现对话框，在第一个下拉列表选择Nodes选项，第二个选择Attach to选项，第三个选择Elements选项，如下图设置，单击OK按钮关闭对话框。7. GUI:Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。出现对话框，选择Nodal SolutionDOF SolutionNodal Temperature命令，单击ok，结果如图所示。8. Utility MenuSelectEntities命令出现对话框，第一个下拉列表选择Elements选项，第二个选择By Attribute选项，第三个选择Material num选项，如下图设置，单击OK按钮关闭对话框。9. Utility MenuSelectEntities命令出现对话框，在第一个下拉列表选择Nodes选项，第二个选择Attach to选项，第三个选择Elements选项，如下图设置，单击OK按钮关闭对话框。10. GUI:Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu命令，采用默认形式。单击ok，出现下图。11. Utility MenuSelectEntities命令出现对话框，第一个下拉列表选择Elements选项，第二个选择By Attribute选项，第三个选择Material num选项，如下图设置，单击OK按钮关闭对话框。12. Utility MenuSelectEntities命令出现对话框，在第一个下拉列表选择Nodes选项，第二个选择Attach to选项，第三个选择Elements选项，如下图设置，单击OK按钮关闭对话框。13. GUI:Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu命令，采用默认形式。单击ok，出现下图。14. 选择Utility MenuFileExit命令，出现Exit from ANSYS对话框，选择Quit-NoSave，单击ok按钮，关闭ANSYS。命令流/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 15:29:33 11/08/2016RESUME,1111,db,. /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 15:29:33 11/08/2016FINISH /FILNAME,file,1 /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 15:30:16 11/08/2016RESUME,1111,db,. /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 15:30:16 11/08/2016/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST FINISH ! /EXIT,MODEL /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 20:42:08 11/12/2016RESUME,1111,db,F:/COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 20:42:08 11/12/2016/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /INPUT,WebpageIcons,db,. FINISH /FILNAME,111111,1 /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 21:16:42 11/26/2016/TITLE,666 /REPLOT,RESIZE /REPLOT /REPLOT !* /NOPR KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,BEAM188!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,3e5MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,8e-6 SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,40,40,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 K,1,0,0,0, K,2,800,0,0,LSTR, 1, 2 FLST,5,1,4,ORDE,1 FITEM,5,1 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,100, , , , ,1!* LMESH, 1 !* /SHRINK,0 /ESHAPE,1.0 /EFACET,1 /RATIO,1,1,1/CFORMAT,32,0 /REPLOT !* /UI,MESH,OFF/VIEW, 1 ,1,1,1 /ANG, 1 /REP,FAST /AUTO, 1/REPFINISH /SOL!* ANTYPE,2!* !* MODOPT,LANB,20 EQSLV,SPAR MXPAND,20, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0!* MODOPT,LANB,20,0,0, ,OFFFLST,2,2,3,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 !* /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , MXPAND,20,0,0,1,0.001, /STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 SET,LISTSET,LIST,999SET, , ,12 !* /EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0SAVEFINISH ! /EXIT,NOSAV /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 15.0 UP20131014 20:16:07 12/01/2016/REPLOT,RESIZE /TITLE,666 !* /NOPR KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,0 KEYW,PR_THERM,1 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Thermal !* /PREP7 !* ET,1,PLANE55!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,1,70MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7800 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,C,1,480 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,2,30MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,2,2700 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,C,2,350 CYL4,0,0,0.1,0,0.2,90 CYL4,0,0,0.4,0,0.5,90 /TITLE,GEOMETRIC MODEL APLOT /PNUM,KP,0 /PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 !* /PNUM,ELEM,0/REPLOT !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,2 FITEM,5,4 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,5, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,3 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,10, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,6 FITEM,5,8 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,6, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,5 FITEM,5,7 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,30, , , , ,1 !* MSHAPE,0,2D MSHKEY,1!* CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST TYPE, 1 MAT, 2REAL, ESYS, 0 SECNUM, !* /UI,MESH,OFFCM,_Y,AREA ASEL, , , , 2 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /UI,MESH,OFFFLST,3,2,5,ORDE,2 FITEM,3,1 FITEM,3,-2 ARSYM,X,P51X, , , ,0,0 FLST,3,4,5,ORDE,2 FITEM,3,1 FITEM,3,-4 ARSYM,Y,P51X, , , ,0,0 /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.0