ANSYS热分析表面效应单元

ANSYS简介外表效应单元类似一层皮肤，掩盖在实体单元的外表。它利用实体外表的节〔孤立节点除外〕，只增加单元数量。SURF151(2-D)SRUF152(3-D)。有关单元的具体描述请参阅《ANSYSElementReference》。外表效应单元在热分析中的应用利用外表效应单元可更加灵敏地定义外表热载荷：应单元。单元，这样，可更灵敏地把握对流载荷。外表效应单元还可以用于模拟点与面的辐射传热。外表效应单元的有关热分析设置选项SURF151PLANE75PLANE78荷的形式施加在单元上。具体单元说明请参见《ANSYSTheoryReference》。SURF152和外表效应可以同时存在。具体单元说明请参见《ANSYSTheoryReference》。命令：ETGUI：MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete>Options分析设置选项：中间节点：Include：keyopt(4)=0Exclude：keyopt(4)=1Solid90Include，否则为Exclude。是否有孤立节点：Exclude：Keyopt(5)=0Include：Keyopt(5)=1Exclude；假设在外表效应单元Exclude，Include。假设有孤立节点，则对流系流系数和流体温度都施加在外表效应单元上。热流密度或对流边界条件：Keyopt(8)=0施加热流密度，无视对流：Keyopt(8)=1〔壁面与流体〕(TS＋TB)/2，计算对流系数：Keyopt(8)=2TS，计算对流系数：Keyopt(8)=3TB，计算对流系数：Keyopt(8)=4｜TB-TS｜，计算对流系数：Keyopt(8)=5Excluderadiation：Keyopt(9)=设置单元行为：Plane：Keyopt(8)=4Axisymmetric：Keyopt(8)=4Planewiththickness：Keyopt(8)=45-1外表效应单元的实常数使用外表效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义实常数。面内厚度在外表效应单元的每个角节点默认为1。只有当生热载荷施加于外表分析或构造分析时设置。外表效应单元的材料属性使用外表效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义材料属的对流系数随温度变化的表。在外表单元上施加对流边界时输入负号及材料编号。例如“-3”。其它材料属性在辐射或构造分析时设置。创立无孤立节点的外表效应单元划分实体网格设定外表效应单元的属性GUI：Main>Menu>Preprocessor>MeshingAttributes>DefaultAttribs最好为每组外表单元设置一个唯一的材料编号。生成外表单元第一种方法：直接在相应的线或面上生成网格：GUI：Main>Menu>Preprocessor>Meshing>MeshLines/Area其次种方法：〔2D〕或面〔3D〕及所属节点；设定外表效应单元的属性〔TYPE，MAT〕；创立外表效应单元；GUI：Main>Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Element>SurfEffect创立带孤立节点的外表效应单元Keyopt(5)=1，则：创立孤立节点GUI：Main>Menu>Preprocessor>modeling>create>nodes设定单元属性；创立外表效应单元：GUI：Main>Menu>Preprocessor>modeling>create>Element>onfreeSURF，输入关键点编号，OK管流单元热分析FLUID116SURF1512-DSURF1523-D其中FLUID116单元求解一维带泵送效应的泊努利方程和一维带质量传递的流体密度、流体比热、流体粘度、流体流率等。而外表效应单元的额外节点在FLUID116单元上，这样用管流单元FLUID116体与管壁的耦合传热。LFSUR,Sline,TlineTline。AFSUR,Sarea,TlineTline。命令：/PSYMB,XNODE,1GUI：UtilityMenu>PlotCtrls>Symbols外表效应单元的实例1－冷却栅的热分析问题描述所示，单位为英寸。材料为铝，导热系数为8.5BTU/hr.in°F。冷却栅底部流17BTU/hr.sq.in90°F，自然对流。菜单操作过程设置分析标题1、选择“UtilityMenu>File>ChangeTitle”，HEATSINK1。SURF151ignoringradiation。定义参数变量1、选择“UtilityMenu>Parameters>scalarparamaters”，输入：base=.15hgt=1.0ttop=0.05tbot=0.15fspc=0.4dt=dt*5/9!转换为摄氏度len=(hgt-base)/39.37〔阅历公式〕len=base/39.37hvert2=(1.42*(dt/len)**0.25)*0.1761/144len=(fspc-tbot)/39.37〔阅历公式〕len=ttop/39.37hhorz2=(1.32*(dt/len)**0.25)*0.1761/144定义热单元及外表效应单元1、选择“MainMenu：>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete”，1PLANE55；2SURF151。2、点击SURF151，Options，将“Midsidenodes”Exclude；“Extranode”Include；“Heatfluxandconvectloads”HfataverageT。定义定义材料属性Props>MaterialModels”在8.5。22～5创立几何模型1、选择“MainMenu>Preprocessor>Create>Keypoint>InActiveCS”，创立8编号12345678X000Tbot/2Tbot/2Ttop/2Fspc/2Fspc/2Y0basehgt0basehgt0base2、选择“MainMenu>Preprocessor>Create>Area>Arbitrary>ThroughKPs”，1，4，5，2，点击APPLY；2，5，6，3，点击APPLY4，OK，33、选择“UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinatesystem>CreateLocalCS>AtSpecifiedLoc”，fspc/2,0,04“MainMenu>Preprocessor>Reflect>AreaPickallonY-Z映射面。5、选择“MainMenu>Preprocessor>NumberingContrls>MergeItems”，选Keypoints。ofcopied5，xoffsetfspc。7、选择“UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinatesystem>CreateLocalCS>AtSpecifiedLoc”，5*fspc,0,0plane9、选择“MainMenu>Preprocessor>NumberingContrls>MergeItems”，选Keypoints。10、选择“UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCS>ToGlobalCartesian”，返回总体直角坐标系。赐予各边属性1、选择全部的长斜边：选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Exterior，FromFull,Apply”；base+0.1，hgt-0.1，reselect，Apply；选择“UtilityMenu：>Select>Entities>Line>Bylocation，Xcoordinate”，0，Unselect；Lines>”，2，2；2、选择最右边的线：选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Bylocation，Xcoordinate”，5.5*fspc，FromFull；Lines”，3，2；3、选择冷却栅根部的线：选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Exterior，FromFull，Apply”；选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Bylocation，Ycoordinate”，base，Reselect，OK；Lines>”，4，2；4、选择顶部的线：选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Bylocation，Ycoordinate”，hgt，FromFull，OK；选择“MainMenu>Define>AllLines”，5，单元类型为2；5、选择“UtilityMenu>Select>SelectEverything”，选择全部工程。划分热单元网格meshall。创立孤立节点1、选择“UtilityMenu>Parameter>GetScalarData>ModelData>ForOK，CurrentNodeSet，Highestnodenum，输入NN2、选择“MainMenu>Preprocessor>Create>Node>OnActiveCS”，输入节加节点。生成外表效应单元12选择材料编号为2的线,选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Byattribute>Material”，2，Fromfull，Apply。选择线上的节点，选择“UtilityMenu>Select>Entities>Node>AttachedApply；选择，ByNum/Pick，AlsoSelect，OK。定义单元属性，选择“MainMenu：>Preprocessor>Create>Element>Elem2，2。生成外表单元，选择“UtilityMenu>MainMenu>Preprocessor>Create>Element>SurfEffect>ExtraNode”，选择除附加OK，NN+1，OK。23选择材料编号为3的线,选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Byattribute>Material”，2，Fromfull，Apply。选择线上的节点，选择“UtilityMenu>Select>Entities>Node>AttachedApply；选择，ByNum/Pick，AlsoSelect，OK。定义单元属性，选择“MainMenu：>Preprocessor>Create>Element>Elem2，3。生成外表单元，选择“UtilityMenu>MainMenu>Preprocessor>Create>Element>SurfEffect>ExtraNode”，选择除附加OK，NN+1，OK。34选择材料编号为4的线,选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Byattribute>Material”，4，Fromfull，Apply。选择线上的节点，选择“UtilityMenu>Select>Entities>Node>AttachedApply；选择，ByNum/Pick，AlsoSelect，OK。定义单元属性，选择“MainMenu：>Preprocessor>Create>Element>Elem2，4。生成外表单元，选择“UtilityMenu>MainMenu>Preprocessor>Create>Element>SurfEffect>ExtraNode”，选择除附加OK，NN+1，OK。45选择材料编号为5的线,选择“UtilityMenu>Select>Entities>Line>Byattribute>Material”，5，Fromfull，Apply。选择线上的节点，选择“UtilityMenu>Select>Entities>Node>AttachedApply；选择，ByNum/Pick，AlsoSelect，OK。定义单元属性，选择“MainMenu：>Preprocessor>Create>Element>Elem2，5。生成外表单元，选择“UtilityMenu>MainMenu>Preprocessor>Create>Element>SurfEffect>ExtraNode”，选择除附加OK，NN+1，OK。施加热流密度载荷1、选择“UtilityMenu>Select>Entities>Node>ByLocation，ycoordinate”，0，FromFull，OK，。2“MainMenu>Solution>Apply>Heatflux>Onnodes”pick17。在外表单元施加对流载荷12“UtilityMenu>Select>Entities>Element>ByAttribute>Material”，2，FromFull，OK。2、定义对流系数：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>OnElementsUniform”，hvert1。33“UtilityMenu>Select>Entities>Element>ByAttribute>Material”，3，FromFull，OK。4、定义对流系数：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>OnElementsUniform”，hvert2。54“UtilityMenu>Select>Entities>Element>ByAttribute>Material”，4，FromFull，OK。6、定义对流系数：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>OnElementsUniform”，hhorz1。75“UtilityMenu>Select>Entities>Element>ByAttribute>Material”，5，FromFull，OK。8、定义对流系数：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>OnUniform”，hhorz2。9、选择“UtilityMenu>Select>SelectEverything”。10、定义附加节点的温度〔bulktemperature〕：选择“UtilityMenu>Select>SelectEverything”。.9.2.12选择“MainMenu>Solution>CurrentLS”。列出冷却栅与空气间的热流选择“MainMenu>GeneralPost>ListResult>ReactionSolu”。显示冷却栅的温度分布Num/Pick，Unselect”，NN+1，POWRGRPH，OFF。2、选择“MainMenu>GeneralPost>PlotResult>NodalResult>Temperature”。求解冷却栅外表的平均温度，与假设作比照Menu>Select>Entities>Element>ByAttributes>ElementType”，2，FromFull。2、定义单元表，得到各单元平均温度：选择“MainMenu：>GeneralPost>6。3、求和：选择“MainMenu：>GeneralPost>ElementTable>sumofeachitem”。4TAVG：选择“UtilityMenu>Parameter>GetScalarData>Resultdata>ElemTableSum”，TAVG。data>ForSelectedset>CurrentElementset>NumberofElem’s”，NE。6tavg=tavg/ne。7、显示冷却栅外表平均温度：输入*Stat，tavg。5.9.3等效的命令流方法/filename,heatsink1/title,HeatsinkconvectionusingSURF151ignoringradiationbase=.15hgt=1.0ttop=0.05tbot=0.15fspc=0.4dt=dt*5/9!转换为摄氏度len=(hgt-base)/39.37hvert1=(1.42*(dt/len)**0.25)*0.1761/144〔依据阅历公式〕len=base/39.37hvert2=(1.42*(dt/len)**0.25)*0.1761/144len=(fspc-tbot)/39.37hhorz1=(1.32*(dt/len)**0.25)*0.1761/144〔依据阅历公式〕len=ttop/39.37hhorz2=(1.32*(dt/len)**0.25)*0.1761/144/prep7et,1,plane55mp,kxx,1,8.5mp,kxx,2,8.5mp,kxx,3,8.5mp,kxx,4,8.5mp,kxx,5,8.5keyopt,2,4,1keyopt,2,5,1keyopt,2,8,2k,1k,2,,basek,3,,hgtk,4,tbot/2k,5,tbot/2,basek,6,ttop/2,hgtk,7,fspc/2k,8,fspc/2,basea,1,4,5,2a,2,5,6,3a,4,7,8,5/pnum,area,1aplotarsym,x,all!映射全部的面nummrg,kp!重合全部关键点64nummrg,kplocal,11,0,5*fspcnummrg,kpaplot/pnum,area,0csys,0!使用全局直角坐标lsel,s,ext!选择全部外边界限lsel,r,loc,y,base+.1,hgt-.1latt,2,2,22,2,2lsel,s,loc,x,5.5*fspc!选择最右边的线3,2,2allsellsel,s,ext!选择全部外边界限latt,4,4,24,2,单元类型2lsel,s,loc,y,hgt!选择冷却栅顶部全部的线latt,5,5,25,2,单元类型225/pnum,mat,1lplotallseleshape,2!单元外形为四边型esize,ttop*0.9!设定单元大小nnn,nn+1,5.5*fspc/2,hgt+0.2!创立孤立节点lsel,s,mat,,22nsll,s,1!选择线上的节点mat,2!2lsel,s,mat,,3nsll,s,1type,2mat,3eSURF,nn+1lsel,s,mat,,4nsll,s,1type,2mat,4eSURF,nn+1lsel,s,mat,,5nsll,s,1type,2mat,5eSURF,nn+1allseleplot/pnum,mat,0finish/soluantype,static!稳态分析sf,all,hflux,17.0esel,s,mat,,2esel,s,mat,,3sfe,all,1,conv,1,hvert2esel,s,mat,,4sfe,all,1,conv,1,hhorz1esel,s,mat,,5sfe,all,1,conv,1,hhorz2allseld,nn+1,temp,90!定义孤立节点的温度〔bulktemperature〕/pbc,temp,1/psf,hflux,2eplot/psf,conv,,2nplot/pbc,default/psf,defautlsolve!求解finishsave/post1prrsolnsel,u,,,nn+1!不选择孤立节点/graphics,fulletable,tavg,nmisc,6ssum*get,tavg,ssum,0,item,tavg*get,ne,ELEM,0,COUNtavg=tavg/ne*stat,tavgfinish外表效应单元的实例2－圆管热分析问题描述环境对流。条件如下：0.6W/(m-℃)1000Kg/m3入口温度：20℃3m/s100W/(m-℃)壁厚0.083inch12inch100℃管内对流条件：对流系数：15000W/(m2-℃)命令流方法!ANSYS5.5HeatTransferSeminarNotes!STEADY-STATEANALYSISOFSIMPLEHEATEXCHANGERPI=ACOS(-1)RI=((5/16)-0.083)*0.0254!(m)RO=(5/16)*0.0254!管外半经(m)L=12*0.0254!管长度(m)NTHICK=1!径向单元个数SIZE=(RO-RI)/NTHICK!径向单元长度NLENGTH=NINT(L/SIZE)!长度方向单元个数!材料属性KTUBE=100!管导热系数W/(m-℃)KWATER=0.6!水导热系数W/(m-℃)DENSWATR=1000!Kg/(m**3)CWATER=4183!水比热J/(Kg-℃)!入口VINPUT=3!入口流速m/secCAREA=PI*(RI**2)!m2MASSFLOW=VINPUT*CAREA*DENSWA