钢球温度场分析

1、钢球温度场分析问题描述： 半径为20mm的钢球，其导热系数为k = 24 W/m，密度r = 7840 kg/m3，热容Cs = 550 J/kg，初始温度为T0= 940。将此钢件置于温度为Tf= 80，换热系数为h= 300 W/m2的介质中冷却，计算此钢球冷却过程的温度分布及其演化。根据问题的对称性，此问题可以作为轴对称问题进行分析，取圆球截面的1/4 。一、 生成几何模型按照ANSYS软件的约定，轴对称问题必须以Y轴作为对称轴。（1）生成关键点：main menu >preprocessor >modeling >create >keypoints >in

2、 active cs生成K1（0，0），K2（20，0），K3（0，20）。（2）在直角坐标系中生成两条直边，main menu >preprocessor >modeling >create >lines >lines >straight line连接K1、K2生成一条直边，连接K1、K3生成第二条直边。（3）在圆柱坐标系中生成圆弧线段，Utility menu >workplane >change active cs to >global cylindrical（4）将当前坐标系设定为圆柱坐标系，main menu >prepro

3、cessor >modeling >create >lines >lines>in active coord（5）连接K2、K3生成圆弧线段。Utility menu >workplane >change active cs to >global cartesian（6）将当前坐标系重新设定为直角坐标系。main menu >preprocessor >modeling >create >areas >arbitrary >by lines选择三个线段，apply/ok，构成面。二、生成有限元模型1）选择单元类

4、型main menu>preprocessor>element type>add/edit/delete点击按钮“Add”，弹出单元库选择界面：选择Thermal Solid，Quad 8node 77。点击按钮“Option”，在K3域选择单元为轴对称类型。2）定义材料参数main menu >preprocessor >material props >material models在弹出的“Define Material Model Behavior”界面中双击Thermal，双击Conductivity >isotropic，输入导热系数24；双

5、击Specific Heat，输入热容550；双击Density，输入密度7840。3）划分单元main menu >preprocessor >meshing >size cntrls >smart size >basic选择单元划分密度水平6。4）划分网格main menu >preprocessor >meshing >mesh >areas >free 拾取几何实体，ok。有限元模型如下图所示。三、施加约束和载荷瞬态温度场分析要给定初始温度场、换热条件，在这里设定钢球的初始温度、换热系数和介质温度。（1） 设定均匀分布的初始温

6、度为940。main menu >solution >define >loads >apply >thermal >temperature >uniform temp（2）介质温度的设置main menu >solution >define>loads >apply >thermal >convection >on lines选择换热边界线段，在“Apply CONV on Lines”对话框中指定换热系数。当换热系数为常数时，在VALI域输入换热系数，在VAL2I域输入介质温度。四、求解main menu &

7、gt;solution >analysis type >new analysis确定计算类型，选择Transient。main menu >solution >load step opts >output ctrls >db/results file选择Every substep 保存每个时间步的计算结果。main menu >solution >load step opts >time/frequenc >time and substeps计算步数为40，计算时间为20秒。main menu>solution>curre

8、nt ls，ok，求解。五、后处理1) 每个时间步的温度分布main menu >general postproc >list results >results summary列出个时间步及对应的时间 选择需要观察的时间步，点击Read读入计算结果。读取第4步的计算结果。main menu >general postproc>plot results >contour plot >nodal solu第4步，即冷却7秒钟时的温度场分布如下2）结点温度的变化main menu >timehist postpro，显示如下图所示的辅助工具，先将辅助工具关闭。main menu >timehist postpro>define varibales在“Defined Time-History V