工程计算方法和软件应用本科生考查大作业.doc

工程计算方法与软件应用本科生大作业考核方式 ：考查（成绩按各软件的课外作业成绩综合给出）。 各软件讲完后12星期内上交作业。一、CAD/CAE软件作业（每个学生完成下列任意一题）题目一：一端固定支撑，一端集中力的梁，横截面为10x10cm，长为150cm，受集中载荷作用，P=50N。弹性模量E=70GPa，泊松比r=0.2。用ABAQUS软件建模并计算最大应力和最大位移的位置和大小。（1） 二维；（2）三维图1梁受力简图题目二：图中所示为一个连接件，一端焊接到设备母体上，一端在圆柱销子作用下的圆孔，圆孔下半周受到30 kN的均布载荷作用，用ABAQUS软件建模并计算最大应力和最大位移的位置和大小。图2 连接件受力简图题目三：如图3所示为一薄壁圆筒，在圆筒中心受集中力F作用，对此进行受力分析，并给出应力、位移云图，并求A、B两点位移。圆筒几何参数：长度L=0.2m；半径R=0.05m壁厚t=2.5mm。材料参数：弹性模量E=120Gpa；泊松比0.3载荷：F=1.5kN。图3薄壁管受力简图题目四 ：如图4所示为一燃气输送管道截面及受力见图，试分析管道在内部压力作用下的应力场。几何参数：外径0.6m，内径0.4m，壁厚0.2m材料参数：弹性模量E=120Gpa；泊松比0.26载荷P=1Mpa。图4燃气管受力简图题目五：如图5为一三角桁架受力简图，途中各杆件通过铰链链接，杆件材料及几何参数见表1和表2所示，桁架受集中力F1=5kN、F2=2.5kN作用，求桁架各点位移及反作用力。图5 三角桁架受力简图表1 杆件材料参数E1/PaE2/PaE3/Pa1232.1Ee116.5e102.0e110.30.260.26表2 杆件几何参数L1/mL2/mL3/mA1/m2A2/m2A3/m20.40.50.36e-49e-44e-4二、CFD软件作业（每个学生完成下列任意一题）基本格式：选用经典算例或实际问题进行模拟，包括研究背景与意义，问题描述，几何建模，物理建模，网格考核，数据验证和结果分析与讨论，参考文献。题目1：等角速度旋转问题一圆柱形容器（见图1），直径为d=300mm，高H=500mm，容器内装水，水深h1=300mm，容器绕其中心铅直轴线等角速度旋转，计算转速分别为20，40，60，80，100，120，140，160rpm时的液面变化情况，并获得液体的压强规律。可以采用流体力学静力学的相关知识验证。图1题目2：流量计问题一标准孔板流量计，结构尺寸见图2，管道内径D为50mm，孔板厚度E为3mm，节流孔厚度e为0.8mm，求速度场的分布云图，压力的分布云图，不同Re、b时管中心压力P随轴向的变化曲线，孔板流量计的流出系数C随Re、b的变化关系。计算工况表见下表1。（每人计算2个工况，共72个工况）。流出系数C的定义查找流体力学书籍或相关文献。图2 孔板流量计结构表1 计算工况表bRe10-40.20.40.60.81246810501021030.30.40.50.60.75题目3：换热问题一换热管（题3.1为圆形截面换热管，内径为f20；题3.2为标准椭圆截面换热管3015mm），管内介质为水，进口温度20，计算换热管内的流动和换热过程，获得管内流体的速度场、温度场；获得Nu、f随Re的变化关系，获得两种边界条件下，各流体断面平均温度tf与壁面温度Tw随轴向的变化规律（参照传热学图6-7）。计算时管壁边界分别采用恒壁温（Tw=50）和恒热流密度（q=50kW/m2）两种边界条件计算。层流时Re分别取500，1000，1500，2000；湍流时Re取104，2104，5104，8104，105。 图3.1 圆管 图3.2 标准椭圆截面管题目4： 圆柱等绕流的层流数值模拟 在层流范围内利用cfd软件对圆柱等几何体进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目5：圆柱等绕流的湍流数值模拟 在湍流范围内利用cfd软件对圆柱等几何体进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目6：后台阶流动的层流模拟计算 在层流范围内利用cfd软件对后台阶等几何体进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目7：后台阶流动的湍流模拟计算 在湍流范围内利用cfd软件对后台阶等几何体进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目8：圆管等通道内的层流计算（恒热流） 在层流范围内利用cfd软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目9：圆管等通道内的湍流计算（恒热流） 在湍流范围内利用cfd软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目10：圆管等通道内的层流计算（恒壁温） 在层流范围内利用cfd软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。题目11：圆管等通道内的湍流计算（恒壁温）在湍流范围内利用cfd软件对圆管等通道进行数值模拟计算，与经典数据或文献数据进行对比。三、流程模拟技术及ASPEN软件作业（每个学生完成下列任意一题）题目1、完成甲醇塔的热量及物料衡算要求：建立流程图；输入物料；选择合适的物性方法；查看计算结果。题目2、 甲基环几烷(MCH)和甲苯(Toluene)由于沸点非常接近,采用普通的二元蒸馏方法难以分离,我们采用苯酚(Phenol)抽提法来将二者分离,几乎纯净的甲基环几烷从塔顶回收。 回收的MCH纯度取决于苯酚的加入量,模拟该工艺,研究该塔的性能,具体的工艺流程图和操作条件如下:提示:1、分离模块用RadFrac中的FRACT12、物性方法采用UNIFAC (甲苯沸点231.13F,MCH沸点213.68F)3、在报告选项中要增加物流的摩尔分率工艺条件：题目3、换热器的热量恒算工艺参数：某化工厂拟采用管壳式换热器回收甲苯的热量将正庚烷从80度预热到130