Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина»

О.Ю. Нагорная инженерный анализ теплового оборудования

Учебно-методическое пособие

Иваново 2013

УДК 536.24

Нагорная О.Ю. Инженерный анализ теплового оборудования: Учебно-методическое пособие / ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2013. – 116 с.

ISBN

Учебно-методическое пособие дает общее представление о теоретических основах и возможностях современных CAE-систем, обучает начальным навыкам и эффективным приемам работы с современными программными комплексами на задачах теплообмена.

Предназначено для студентов направления 140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника».

Табл. 10. Ил. 115. Библиогр.: 11 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Рецензент

кафедра энергетики теплотехнологий и газоснабжения ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

ISBN © О.Ю. Нагорная, 2013

Оглавление

Введение 5

1. Инженерный анализ теплового оборудования 6

средствами компьютерного моделирования 6

1.1. Анализ тепловых явлений 7

2. Аппроксимация теплофизических свойств материала от температуры 10

2.1. Определение зависимости коэффициента 12

теплопроводности от температуры 12

2.2. Определение зависимости удельной теплоемкости от температуры 21

2.3. Определение зависимости плотности от температуры 21

2.4. Определение зависимости коэффициента 22

температуропроводности от температуры 22

3. Решение задачи нагрева металла аналитическим методом 23

3.1. Постановка задачи (постоянные теплофизические свойства) 23

3.1.1. Решение задачи нагрева металла с постоянными теплофизическими свойствами аналитическим методом в среде MathCAD 25

3.2. Постановка задачи (переменные теплофизические свойства) 28

3.2.1. Решение задачи нагрева металла с переменными теплофизическими свойствами аналитическим 29

методом в среде MathCAD 29

4. Решение задач нагрева металла в различных 30

многоцелевых вычислительных комплексах 30

4.1. Решение задачи нагрева в программном комплексе COMSOL Multiphysics (Femlab) 32

4.1.1. Нагрев тела при граничных условиях I рода с постоянными теплофизическими свойствами 33

4.1.2. Нагрев тела при граничных условиях I рода 36

с учётом зависимости теплофизических свойств от 36

температуры 36

4.2. Решение задач нагрева в программном комплексе Elcut 42

4.2.1. Нагрев тела при граничных условиях I рода 43

с постоянными теплофизическими свойствами 43

4.2.2. Нагрев тела при граничных условиях I рода 52

с переменными теплофизическими свойствами 52

4.3. Решение задач нагрева в программном комплексе FlowVision 54

4.3.1. Нагрев тела при граничных условиях I рода 56

с постоянными теплофизическими свойствами 56

Рис. 4.3.12. Распределение температуры по толщине платины в конце нагрева 65

4.3.2. Нагрев тела при граничных условиях I рода с учётом зависимости теплофизических свойств 65

от температуры 65

4.4. Решение задач нагрева в многофункциональном программном комплексе конечно-элементных расчетов ANSYS 67

4.4.1. Нагрев тела при граничных условиях I рода с постоянными теплофизическими свойствами 68

4.4.2. Нагрев тела при граничных условиях I рода с учётом зависимости теплофизических свойств от температуры 99

4.4.2.1. Создание пользовательской базы данных 99

4.4.2.2. Задание переменных свойств материала с помощью кусочно-линейной функции 99

4.4.2.3. Задание переменных свойств материала 101

с помощью полиномиальной функции 101

4.4.2.4. Задание переменных свойств материала 102

с помощью кусочно-полиномиальной функции 102

5. Моделирование воздушно-водяного 104

кожухотрубчатого теплообменника типа 104

«труба в трубе» 104

Приложение 1 121

Приложение 2 129

Приложение 3 131