В рамках МКЭ средствами ANSYS

Цель работы:

1. Знакомство с основными возможностями метода конечных элементов в рамках статического теплового анализа в программе ANSYS.

2. Используя мастер расчетов ANSYS, провести стационарный (установившийся) тепловой анализ (Steady-State Thermal) теплообменного элемента, найти распределение температур по поверхности, для различных граничных условий.

3. Найти полный тепловой поток, направленный тепловой поток для различных граничных условий.

 

Задание 3.1. Используя модуль Steady-State Thermal (ANSYS), провести стационарный (установившийся) тепловой анализ, найти распределение температур по поверхности теплообменного элемента. Геометрическая модель детали построена в CAD-программе и сохранена в виде файла формата Parasolid Sborka1.x_t. Деталь выполнена из стали.

Предполагается исследовать теплообменный элемент при различных заданных граничных условиях:

– для внешней поверхности (крайнее правое ребро) Т = 22 °С и внутренней поверхности (внутренняя поверхность ближней трубки) Т = 90 °С;

Основная идея метода конечных элементов (МКЭ) – аппроксимация самого решения дифференциального уравнения [3, 6]. Для одномерной стационарной задачи получаем следующий алгоритм решения:

1) Замена исходной непрерывной области R дискретным аналогом – совокупностью конечных элементов (для одномерного случая совокупностью отрезков) à l =1,L.

2) Замена (аппроксимация) искомой непрерывной функции  кусочно-непрерывной на множестве конечных элементов, например для линейной аппроксимации à , l =1,L.

3) Объединение конечных элементов (КЭ) в ансамбль с образованием системы алгебраических уравнений (по числу КЭ).

4) Определение узловых значений i=1,N одним из методом МКР.

5) Определение коэффициентов   для каждого КЭ.

Таким образом, решение ДУ в рамках МКЭ получают не в виде таблицы (МКР), а в виде набора непрерывных функций на множестве КЭ.

Построенная на базе КЭ трехмерная модель делится на отдельные составляющие достаточно простой формы. Имеются несколько наиболее употребительных типов форм: брус, стержень, тонкая пластина, двухмерное или трехмерное поле. При построении общей модели объекта могут быть использованы различные типы форм.

В свою очередь эти формы могут быть образованы из КЭ различного порядка: линейные КЭ (элементы первого порядка рис. 1, а) или параболические (элементы второго порядка рис. 1, б).

Линейные КЭ имеют прямые стороны и узлы только в углах. Поэтому минимальное число узлов для трехмерного элемента равно 4. Параболические КЭ могут иметь один или несколько промежуточных узлов вдоль каждой из сторон. Именно благодаря этому стороны элемента могут быть криволинейными (параболическими).

 

 

1. Этап. Импорт 3D-модели (3D-модель Sborka1)

 

2. Этап. Разбиение 3D-модели на сетку конечных элементов

 

3. Этап. Задание граничных условий

4. Этап. Запуск на расчет. Запись результатов в базе данных.

5. Этап. Формирование запросов для базы данных на построение результирующих изображений.

Задание 3.2. Используя модуль Steady-State Thermal (ANSYS), провести стационарный (установившийся) тепловой анализ, найти распределение температур по поверхности теплообменного элемента. Геометрическая модель детали в виде файла вариантов формата Parasolid сендвич-панель. sa t. Сборочная деталь выполнена из элементов из стали и из изоляционного материала вата. Анализ процессов теплопроводности провести с учетом изменения свойств материалов.

 

Этап 1. Создание дубликата материала Structural Steel в виде материала WATA и назначение свойств новому материалу WATA.

 

 

Этап 2. Импорт 3D-модели и разбиение ее на сетку конечных элементов

 

Этап 3. Назначение материалов объектам в сборке.Толстым объектам назначается материал – WATA,тонкимобъектам назначается металл (Steel или Aluminum).

 

 

Этап. 4. Задание граничных условий и запуск на расчет.

Граничное условие Convection. Коэффициент теплоотдачи для металлической поверхности панели составляет от 23 W/m²Cдля атмосферных условий (снаружи, где металл) Т= -30ºС. Граничное условие Convection2. Для закрытого помещения (внутри) коэффициент теплоотдачи 8.7 W/m²C, температура 22 С.

5. Этап. Формирование запросов для базы данных на построение результирующих изображений.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Теплоэнергетика»

 

                                                                                    

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий»

 

«Проведение проектного расчета теплообменника