使用ANSYS Workbench进行复合墙体导热分析

使用ANSYS Workbench进行复合墙体导热分析

李安民

分析视频教程将在2023年6月28日19:30在技术邻进行直播，欢迎前来观看以及和作者讨论。

1. 建立稳态热分析

双击Toolbox中的Steady-State Thermal或者将其拖到Project Schematic中，如下图所示：

2.定义材料参数，本例中使用了结构钢和铝。

双击第2行Engineering Data，在Engineering Data选项卡中点击Engineering Data Sources。在Engineering Data Sources表中选择序号为12的Thermal Materials选项，然后在其下Outline of Thermal Material中选择8号Aluminum。点击B列的加号，在C列出现紫色的书的图标，表示材料在待材料册中。点击Engineering Data Sources，查看在册的材料。最后关闭Engineering Data选项卡。

3.导入模型

右键点击第3行Geometry，Import Geometry->Browse，在弹出的Open中选择几何文件，最后单击打开按钮导入，几何模型如下图所示：

Figure 1. Steel and Aluminum Walls

图1 墙体中钢材和铝材的位置

铝和钢的热传导率不同，铝为237.5W/(m⸱℃)，钢材为60.5 W/(m⸱℃)，墙体分为三层，外侧为钢材，内部为铝材，大家想一下温度变化梯度是在铝中更大，还是在钢材中变化更大。

4.给几何模型赋予材料本构

在Workbench中双击第3行Model打开Mechanical。Outline->Model->Geometry选择要赋予材料的几何体，在其他方的Detail of “Solid”  ，Material->Assignment选择对应的材料。

5.默认情况下，墙体间使用绑定解除

本例使用程序自动生成的热接触——bonded contact，在Outline->Model->Connection->Contacts进行查看，其中一组接触如下图所示：

Figure 2. Contact between the walls

图2. 铝板和钢板之间的接触

5.定义温度边界条件如下图所示。

Outline->Model->Steady-State Thermal->Initial Temperature，在其下的Detail of “Initial Temperature”的Initial Temperature Value输入0℃。

右键单击Steady-State Thermal->insert-> Temperature，选择如下图所示的面，点击Apply。Magnitude以表格输入，在第二行输入100℃。用同样的方法定义室外的面为22℃。

Figure 3. Temperature Boundary Condition

7. 划分模型网格，计算模型。

Mesh->insert->Size，其下的Detail of “Body Sizing”-Sizing中Geometry为所有3个体，在Element Size中输入500mm。

右键点击Outline中的Mesh->Generate Mesh，等左下角的进度条走完，网格划分如图所示：

右键单击Solution->insert->Thermal->Thermal->Temperature，添加温度作为结果。

右键点击Solution->Solve，等左下角的进度条走完，选择刚刚添加的Temperature，温度结果如下图所示：

Figure 4. Temperature Plot

图4 温度分布

8.显示路径上的温度分布

使用construction geometry创建延墙体厚度的路径，显示这条路径上的温度，Model-> Insert->  construction geometry-> Path，如下图所示选择如图所示的起点和终点。

点击construction geometry->Path。右键单击Solution->insert->Thermal ->Temperature，在其下的Detail of “Temperature2”Scope->Scoping Method选择Path，Path选择刚刚生成的Path。右键刚刚添加的Temperature2，点击Evaluate All Results，路径温度如下图所示：

Figure 5. Temperature Plot

   图5 path上的温度分布

小结

此示例显示了复合墙中的温度分布。温度梯度的斜率随材料的变化而变化。建议对中心块具有空气传导率的砖墙进行模拟。两面的温度可以是室温和室外温度。这些设置将有助于关联砖墙中的温度分布。

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