CH6热边界条件课件.ppt

1、复杂的，时间和复杂的，时间和/或空或空间变化的边界条件间变化的边界条件 表表格格化化热热边边界界 以前，施加在几何模型和以前，施加在几何模型和/或有限元模型上的载荷都是常数或随温度或有限元模型上的载荷都是常数或随温度变化的数值。当要施加复杂的随时间和空间变化的载荷时，表格化变化的数值。当要施加复杂的随时间和空间变化的载荷时，表格化的热边界条件就更加方便。的热边界条件就更加方便。定义定义-表格化边界条件就是通过表格施加的边界条件，其数值经过表格化边界条件就是通过表格施加的边界条件，其数值经过计算并在求解过程中施加。计算并在求解过程中施加。表表格格化化边边界界条条基本变量基本变量时间时间全局笛卡尔

2、坐标系中坐标全局笛卡尔坐标系中坐标温度温度速度速度,用于用于Fluid116单元，单元，1-D 热流热流 单元单元相应相应 ANSYS 标记标记TIMEX,Y,ZTEMPVELOCITY表格由下列基本变量组成表格由下列基本变量组成:其其它它表表独立变量独立变量 直接或间接随基本变量变化并形成表格的变量直接或间接随基本变量变化并形成表格的变量，如，如，hf=f(time)换热系数换热系数(独立变量独立变量)是基本变量时间的函数是基本变量时间的函数hf=f(x,rpm)rpm=g(time)hf 和和 rpm 是独立变量是独立变量 其其它它表表多元表格多元表格 表格有多于一个的变量，如表格有多于一

3、个的变量，如 hf=f(x,y,time)循环表格循环表格 表格要引用其它带有独立变量的表格，如表格要引用其它带有独立变量的表格，如 hf=f(x,y,rpm)rpm=g(time)表表格格输输表格化边界条件可以使用于所有表格化边界条件可以使用于所有实体模型实体模型 和和/或或 有限元模型有限元模型 热边界热边界条件条件:使用使用D,DK,DL,DA命令施加的温度命令施加的温度 使用使用F,FK命令施加的热流命令施加的热流 使用使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加的对流命令施加的对流 使用使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加的热流量命令施加的热流量 使用使用BF,BFE,BFL,BFA

4、,BFV命令施加的内部热生成命令施加的内部热生成使用使用 HELP 命令查看上述命令相应命令查看上述命令相应的菜单项。的菜单项。表表格格化化边边界界条条如果表格化边界条件不是时间的函数，他们可以很好的随时间阶跃施如果表格化边界条件不是时间的函数，他们可以很好的随时间阶跃施加，而不受加，而不受KBC命令的约束命令的约束(见第见第 4 章章)。基基本本变变量量-热边界条件热边界条件施加温度施加温度热流热流换热系数换热系数介质温度介质温度热流量热流量内部热生成内部热生成均匀热生成均匀热生成基本变量基本变量TIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCIT

5、YTIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMPTIME单单元元-特特Fluid116 1-D 热流单元热流单元 载荷载荷 热流是基本变量热流是基本变量TIME的函数的函数 压力是基本变量压力是基本变量 TIME,X,Y,Z的函数的函数SURF151,152 平面效果单元平面效果单元 实常数实常数 旋转速度和滑动因子旋转速度和滑动因子(主要用于汽轮机应用如转子主要用于汽轮机应用如转子)是基本变量是基本变量 TIME,X,Y,Z的函数的函数表格可以使用下面的方法定义表格可以使用下面的方法定义:ANSYS 命令命令(*DIM)在在 GUI,使用使用 Utility

6、 MenuParametersArray ParametersDefine/Edit 在在 GUI,在施加边界条件时，软件允许使用现有的表格或定义新的表格在施加边界条件时，软件允许使用现有的表格或定义新的表格。用外部编辑器如用外部编辑器如EXCEL生成的文生成的文件。数据必须是件。数据必须是tab-delimited 格格式才能用式才能用ANSYS的的*TREAD命令命令读入。读入。ANSYS AANSYS 有两种数组参数有两种数组参数:数组数组 类型定义类型定义离散离散的函数的函数 表格表格 类型使用线性插值方法定义类型使用线性插值方法定义连续连续的函数。的函数。数组可以是一、二、三维的。数

7、组可以是一、二、三维的。两维数组有两维数组有 m 行行 n 列列;行用行号行用行号 I标志标志,从从1到到m列用列号列用列号J标志，从标志，从1到到n。组成数组的数称为数组元素。每个数组元素用下标组成数组的数称为数组元素。每个数组元素用下标(I,J)标志，标志，I是行是行号，号，J是列号。是列号。ANSYS A对于对于 ARRAY 类型，所有数都按照下标存储和引用。所有下标为整类型，所有数都按照下标存储和引用。所有下标为整数。一个典型的数。一个典型的 5x3 数组如下。数组如下。jiiiLNMMMOQPPP12323 4 5 column index numbers 1,1 1,2 1,3 1

8、,4 1,5 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 3,1 3,2 3,3 3,4 3,51 row index numbersANSYS A例如，在例如，在ANSYS命令中使用数组元素命令中使用数组元素NSTR(2,4)会将数字会将数字19.1 代入代入，如果数组定义如下，如果数组定义如下:NSTR=-41.4 6.04 31.610.8 320.7 3.85 19.1-4.5 -35.2 1.64 87.2125.LNMMMOQPPPANSYS ATABLE 同样由一系列排列为矩阵的数组成，但同样由一系列排列为矩阵的数组成，但TABLE 允许使用数允许使用数组元素的中间值，这是通过插值方

9、法实现的。组元素的中间值，这是通过插值方法实现的。而且而且,J=0 列列,通常包括行号数字通常包括行号数字(I=1 到到m),必须变化为单向增加的必须变化为单向增加的数字系列数字系列(不一定是整数不一定是整数)。同样同样,I=0 行行,通常包括列号数字通常包括列号数字(J=1 到到n),必须变化为单向增加的数必须变化为单向增加的数字系列字系列(不一定是整数不一定是整数)。缺省情况下，所有标志数字从接近缺省情况下，所有标志数字从接近0的数的数字开始。字开始。1-D 例如例如,1-D 表格表格 A 可以解释如下可以解释如下:A(1.5)表示表示 20.0(12.0和和28.0的中间数值的中间数值)

10、A(2.5)表示表示 87.2(28.0 和和146.4的中间数值的中间数值)1.0 1.0=.3.0A201202801464LNMMMOQPPP2-D 2-D 表格表格 PQ 可以解释如下可以解释如下:PQ(1,1.5)表示表示 3.5(2.8 和和4.2的中间数值的中间数值)PQ(3.5,1.3)表示表示 14.88(42.0 和和-4.5平均平均,9.7 和和2.0平均平均,然后然后 乘上乘上 30%加到加到 42.0和和-4.5的平均值上的平均值上)。1.0 2.0 1.0PQ=2.02.8 4.2-9.6 -12.342.0 9.7-4.5 2.0 3.0 4.0LNMMMMOQP

11、PPP载载荷荷数数组组尽管参数名可以达到尽管参数名可以达到8个字符长，个字符长，表格参数由于应用于命令的域中，只表格参数由于应用于命令的域中，只能限制在能限制在7个字符以下。个字符以下。在载荷中使用表格允许用户在表格元素之间自动进行线性，双线性在载荷中使用表格允许用户在表格元素之间自动进行线性，双线性和三次插值。考虑下面的载荷和三次插值。考虑下面的载荷(FORCE 可以是节点热流可以是节点热流):表格表格(FORCE)元素为载荷数值，行标号为时间数值，使用下面的元素为载荷数值，行标号为时间数值，使用下面的ANSYS命令定命令定义义:*DIM,FORCE,TABLE,5,1,1,TIMEFORC

12、E(1,1)=0,560,560,238.5,0FORCE(1,0)=1.E-6,0.8,7.2,8.5,9.3FORCE(0,1)=1.0 (不必须不必须)见右图所示。见右图所示。1.0 1.E-6 0.8FORCE=7.2 0.0560.0560.0238.5 0.0 8.5 9.3LNMMMMMMOQPPPPPP使用使用 GUI,in the Utility MenuParametersArray ParametersDefine/EditAdd 12在在EXCEL中定义表格元素，包括中定义表格元素，包括“0”号行号行,“0”号列号列。用户可以用户可以使用空行将数据平面分割开，数据会可读

13、性更强。一个使用空行将数据平面分割开，数据会可读性更强。一个3-D表格的例表格的例子见下，注意子见下，注意y平面变量有两个元素平面变量有两个元素:在在EXCEL中用中用tab-delimited文本格式写出，使用菜单文本格式写出，使用菜单 FileSave Aschange Save As Type to text(tab delimited)用户可以给用户可以给EXCEL数据加上题目，而且空白行可以使得数据更加容数据加上题目，而且空白行可以使得数据更加容易识别。易识别。在在ANSYS中中,定义数组使用定义数组使用 Utility MenuParametersArray ParametersD

14、efine/EditAddthis is a 3-D Table要读入要读入 EXCEL数据，使用数据，使用 Utility MenuParametersArray ParametersRead from FileTable array 并将对话框中所需数据并将对话框中所需数据给出。给出。注注-跳过跳过EXCEL数据的前四数据的前四行。行。数据可以通过数据可以通过 Utility Menu ParametersDefine/Edit 来检查来检查数据平面数据平面表格可以用表格可以用 Utility Menu Plot Arrays绘制。使用前面的绘制。使用前面的1-D例子例子，将对话框中填充，

15、生成的图见后面。，将对话框中填充，生成的图见后面。填充完对话框并单击填充完对话框并单击 OK,下面的图形出现下面的图形出现,使使用用命命令令表格可以使用标准的表格可以使用标准的ANSYS加载命令施加。加载命令施加。使用表格输入的方式是使用表格输入的方式是在命令的数值域将表格名填进去。在命令的数值域将表格名填进去。不用使用其他表格参数。不用使用其他表格参数。下面有几个例子下面有几个例子:SF,all,HFLUX,%fluxtab%D,all,TEMP,%temptab%SFL,all,CONV,%hftab%,1000在在 GUI,当用户选择加载并当用户选择加载并单击单击APPLY,对话框可以让

16、对话框可以让用户指出施加的方式用户指出施加的方式:常数或常数或 现存的表格或现存的表格或 新表格新表格检检查查通通过过表表格格当表格边界条件施加到实体模型或有限元模型上后，当表格边界条件施加到实体模型或有限元模型上后，在前处理器中在前处理器中列出边界条件时表格名将出现。列出边界条件时表格名将出现。如果使用如果使用SBCTRAN(SolutionLoadsOperateTransfer to FE)命令将载荷传递到有限元模型上时命令将载荷传递到有限元模型上时,在求解器中可以列出或绘制出结在求解器中可以列出或绘制出结点和单元的表格边界条件数值。点和单元的表格边界条件数值。如果表格边界条件是时间的函

17、数，如果表格边界条件是时间的函数，显示的是显示的是TIME=0的数值的数值.。如果载荷步文件如果载荷步文件(jobname.SXX)是在是在传递以后写的，结点和单元的载荷步文件边界条件传递以后写的，结点和单元的载荷步文件边界条件(实体模型载荷不实体模型载荷不存储在存储在LS文件中文件中)还是由表格引用，而不是数值。还是由表格引用，而不是数值。检检查查通通过过表表格格输输入入求解结束后，列出或绘制单元和结点的边界条件求解结束后，列出或绘制单元和结点的边界条件(在求解器中在求解器中)会显会显示出时间为最后载荷子步的数值。示出时间为最后载荷子步的数值。在在POST1(通用后处理器通用后处理器)中中,

18、边界条件可以在结点和单元上列出或边界条件可以在结点和单元上列出或绘制，时间是存储在数据库中的数值。绘制，时间是存储在数据库中的数值。其其他他选选项项在许多情况下，载荷类型可以得到但载荷的表格数值在建模时并不知道在许多情况下，载荷类型可以得到但载荷的表格数值在建模时并不知道。在这种情况下，用户可能只想确定不同的载荷区域。要做到这一点。在这种情况下，用户可能只想确定不同的载荷区域。要做到这一点:使用新表格施加边界条件，表格大小和数值都取缺省数值使用新表格施加边界条件，表格大小和数值都取缺省数值(空白空白)。如果后来知道了边界条件，只要重新定义表格大小和数值即可如果后来知道了边界条件，只要重新定义表

19、格大小和数值即可。不用重新施加载荷。不用重新施加载荷。)假设面上的对流换热系数是非线性函数，并只与面的全局假设面上的对流换热系数是非线性函数，并只与面的全局X坐标有关坐标有关。假设有。假设有6个插值点，可以在个插值点，可以在GUI中定义如下表格中定义如下表格:)(续续)假设全局笛卡儿坐标从假设全局笛卡儿坐标从1到到6变化，换热系数表格变化，换热系数表格可以定义为可以定义为:(续续)使用使用 GUI在线上施加对在线上施加对流，出现下面的对话框流，出现下面的对话框。选择选择“existing table”为换热系数，为换热系数，“constant value”为为介质温度介质温度(因为没有用因为没

20、有用表格定义表格定义)。输入输入 TBULK 数值并单数值并单击击 OK。(续续)下面的对话框允许用户选择合适的表格下面的对话框允许用户选择合适的表格(在本题中在本题中,只有一个表格只有一个表格,HF,可以选择可以选择)。(续续)要显示对流边界条件，我们打要显示对流边界条件，我们打开右图选项开右图选项Utility Menu under PlotCtlsSymbols(续续)要在绘图时显示表格要在绘图时显示表格名，在名，在Utility Menu,under PlotCtls Numbering,打开打开 Table Names(续续)画线显示表格化换热系数画线显示表格化换热系数,HF,使用表

21、格名。使用表格名。)(续续)在通用后处理器在通用后处理器(POST1)中中,数值可以通过将表格名关闭并将数值打数值可以通过将表格名关闭并将数值打开显示开显示(Utility MenuPlotCtlsNumbering)Turn offTurn on)(续续)数值不能在数值不能在 几何几何 模型显示模型显示;只能在只能在有限元有限元模型显示模型显示:这是单元绘图。这是单元绘图。表格边界条件允许用户在一个载荷步中定义和求解表格边界条件允许用户在一个载荷步中定义和求解 复杂，瞬态热传复杂，瞬态热传递问题。多载荷步同样可以使用表格化边界条件。递问题。多载荷步同样可以使用表格化边界条件。但是，当自动时间

22、步但是，当自动时间步(ATS)打开，求解器可能会跳过时间的关键部打开，求解器可能会跳过时间的关键部分分(如如,载荷突然变化载荷突然变化)。要避免这一点，用户可以定义。要避免这一点，用户可以定义关键时间关键时间(时时间步中的某一时间将设置为初始的间步中的某一时间将设置为初始的NSUB/DELTIM 数值数值)。这些设置。这些设置可以通过可以通过ANSYS命令命令 TSRES 来设置。来设置。结果写入结果文件结果写入结果文件(jobname.rth)的频率可以使用的频率可以使用 OUTRES 命令控命令控制。制。RPMTime输出时间输出时间关键时间关键时间在特定时间点重新设置时间步大小为初始数值

23、在特定时间点重新设置时间步大小为初始数值(使用使用NSUB/DELTIM命令设置命令设置)可以参照数组可以参照数组(不是表格不是表格)，使用，使用 TSRES 命令命令:TSRES,数组名数组名其中的数组必须是其中的数组必须是ANSYS一维数组一维数组Nx1,N 为关键时间的数目，数为关键时间的数目，数组元素就是相应的要重新设置的时间步的时间数值。组元素就是相应的要重新设置的时间步的时间数值。数组指定的时间点之间的时间增量必须比数组指定的时间点之间的时间增量必须比NSUB 或或 DELTIM指定的指定的时间初始数值大。时间初始数值大。3124结结果果文文件件输输出出控控制制OUTRES命令允许

24、用户控制计算结果输出到热结果文件命令允许用户控制计算结果输出到热结果文件(jobname.rth)中的频率中的频率。命令格式为。命令格式为,OUTRES,item,FREQ,Cname 要使用数组参数要使用数组参数(不是表格不是表格)控制输出频率，在命令的控制输出频率，在命令的FREQ中使用中使用%数组名数组名%，数组名是一维，数组名是一维Nx1 数组的名字，数组包括数组的名字，数组包括N个时间数值个时间数值，结果将在这些时间点写入结果文件。不需要指定别的参数。，结果将在这些时间点写入结果文件。不需要指定别的参数。3142指定使用新数组还是现有的数组。然后出现后面的对话框。指定使用新数组还是现有的数组。然后出现后面的对话框。5用用TSRES 和和OUT用以重置时间步用以重置时间步(TSRES)和在特定时间输出结果和在特定时间输出结果(OUTRES)的数组的数组如下如下:TIMEVAL=18.312.530.240.3OUTVAL=0.2 0.5 0.8 1.0 3.3 8.3 10.1 12.5 16.0 20.0 30.2 40.3RS|T|UV|W|T注注:使用使用TSRES和和OUTRES的数组不要求一致。因为通常输出点需要比重置的数组不要求一致。因为通常输出点需要比重置时间步的时间点更多一些。时间步的时间点更多一些。