Задание 2

Тип анализа: трехмерный стационарный.

Цель анализа: рассчитать температурное поле в теле.

Типы граничных условий: граничное условие второго и третьего рода.

Расчетная схема:

Рис. 1.

Шаг 1 – построение геометрической модели

Задаем ключевые точки:

Main menu → Preprocessor → Modeling-Create → Keypoints → On Working Plane

Список пар значений координат:

Таблица 1

0,0

0.06,0

0.09,0

0.045,0.078

0.03,0.052

Соединяем вторую и третью точку прямой линией:

Main menu → Preprocessor → Modelinig → Create → Lines → Lines → Straight Line

Аналогично соединяем четвертую и пятую точку.

Теперь создаем две дуги:

Main menu→ Preprocessor → Modelinig → Create → Lines -Arcs → By End KPs & Rad

Появится вспомогательное меню Arc by KPs & Rad. С помощью мыши указываем граничные точки первой дуги – точки 2 и 5, нажимаем Enter. Затем указываем мышкой точку 1, определяя тем самым плоскость, в которой будет лежать дуга, и направление выпуклости, нажимаем Enter. Появится окно:

Рис. 2.

В поле Radius of the arc вводим радиус первой дуги 0.06, нажимаем OK. Аналогично создаем вторую дугу радиусом 0.09 с граничными точками 3 и 4.

Создаем область, ограниченную созданными линиями и дугами:

Main menu → Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Arbitrary → By Lines

В результате получаем:

Рис. 3.

Выдавливанием получаем моделируемое тело:

Main menu → Preprocessor → Modeling → Оperate → Extrude → -Areas → Along Normal

Появляется вспомогательное меню Extrude Area by Norm. Мышкой щелкаем на полученную область и нажимаем Enter. Появляется окно:

Рис. 4.

В поле Length of extrusion вводим глубину выдавливания тела 0.02, нажимаем OK. Удерживая клавишу Ctrl с помощью левой или правой кнопки мыши можно соответственно поступательно перемещать или вращать полученное тело. Вид в изометрии:

Рис. 5.

Шаг 2: задание свойств материала

Выполняем команду:

Main Menu → Preprocessor → Material Props → Constant → Isotropic

Появляется окно с указанием типа материала, в котором нажимаем ОК и выпадает окно со свойствами материала. В нем задаем коэффициент теплопроводности (Thermal conductivity KXX), затем нажимаем ОК в этом меню.

Шаг 3: разбиение тела на конечные элементы

Выбираем тип конечного элемента:

Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete

Появляется выпадающее меню, в котором нажимаем Add. Появляется меню с библиотекой типов элементов. Выбираем с помощью мыши Thermal Solid и Brick 8node (тип элемента – параллелепипед 8-и узловой), нажимаем ОК в этом меню. В предыдущем меню появляется первый тип элемента – SOLID70.

Теперь разбиваем тело на конечные элементы:

Main Menu → Preprocessor → Mesh Tool…

Появляется окно Mesh Tool для создания и модификации конечно-элементной сетки. Выделяем с помощью мыши опцию Hex в разделе Shape – разбиваем тело на конечные элементы в виде параллелепипеда. Затем нажимаем кнопку Mesh. Появляется вспомогательное окно Mesh Volumes. C помощью мыши указываем тело и нажимаем OK в окне Mesh Volumes. Область разбивается на конечные элементы, закрываем окно Mesh Tool. Имеем:

Рис. 6.

Замечание: для тел с простой геометрией рекомендуется использовать упорядоченное разбиение, при котором используются элементы только одной формы и конечно-элементная сетка носит регулярный характер.

Шаг 4: задание граничных условий

Прикладываем граничное условие второго рода к поверхности:

Main Menu → Preprocessor → Loads → Loads- Apply → Thermal → Heat Flux → On Areas

Появляется выпадающее меню. С помощью мыши указываем плоскость, на которой необходимо задать тепловой поток в 10000 Вт/м², и нажимаем ОК в меню. Появляется меню, в котором можно задать значение теплового потока:

Рис. 7.

В поле Load HFLUX value указываем значение 10000 и нажимаем ОК. В окне Graphics отображается приложение граничного условия к поверхности. Аналогично задаем нулевой тепловой поток на противоположной стороне тела.

Прикладываем граничное условие третьего рода к поверхностям:

Main Menu → Preprocessor → Loads → Loads → Apply → Thermal → Convection → On Areas

Появляется выпадающее меню. С помощью мыши указываем боковые поверхности тела, на которых необходимо задать конвективный теплообмен (коэффициент теплоотдачи – 50 Вт/(м² ºС), температура окружающей среды – 20º), и нажимаем ОК в меню. Появляется меню, в котором можно задать коэффициент теплоотдачи и значение температуры окружающей среды:

Рис. 8.

В поле Film coefficient указываем значение коэффициента теплоотдачи 50, в поле Bulk temperature указываем значение температуры окружающей среды 20. В окне Graphics отображается приложение граничного условия к поверхностям.

Шаг 5: решение

Выполняем команду:

Main Menu → Solution → -Solve → Current LS

Появляется выпадающее меню, нажимаем ОК. После решения появляется информационное окно, в котором нажимаем Close.

Шаг 6: просмотр результатов

Для просмотра поля температур выполняем команду:

Main Menu → General PostProc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu…

Появится меню, в котором нажимаем ОК, и получаем стационарное поле температур:

Рис. 9.

Для просмотра векторного поля тепловых потоков выполняем команду:

Main Menu → General PostProc → Plot Results → -Vector Plot- →Predefined…

Появится меню, в котором нажимаем ОК, и получаем поле тепловых потоков.