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

Режим предназначен, как и в предыдущем случае, для расчета нагрева листа металла с толщиной, на порядок меньшей двух других размеров. В качестве граничного условия принята постоянная температура на поверхности металла, а со стороны теплового центра – условия адиабаты.

Рассмотрим модель однослойной пластины толщиной 0,1 м из стали 20 с граничными условиями I рода с одной стороны и II рода (условия адиабаты) c другой. Температура внешней стороны пластины равна 1000 °С. Время нагрева пластины 1000 с. Зависимость теплофизических свойств согласно табл. 2.1.

Решение задачи аналогично задаче 4.3.2, изменение касается только задания свойств стали Вещество0.

Выберите в меню пункт Инструменты, далее Редактировать базу данных. Появится окно редактора базы данных. Нажмите кнопку Добавить на панели вещества Вещество, после этого откроется диалоговое окно. В диалоговом окне запишите русское название, например сталь 20. Далее запишите это название на английском языке, например stal 20. Нажмите клавишу ОК. Нажмите кнопку Добавить на панели параметров. При этом откроется диалоговое окно. Выберите тип Таблицы. Выберите параметр Плотность из Название русск. Выберите Импорт. Из появившегося списка выберите нужный текстовый файл, ранее созданный в блокноте. Нажмите Открыть. Страница блокнота должна состоять из трех колонок: первая колонка – значения давления, вторая колонка – значения температуры, третья колонка – значения плотности. Нажмите клавишу Да.

Выберите параметр Теплопроводность из Название русск. Выберите Импорт. Из появившегося списка выберите нужный текстовый файл, ранее созданный в блокноте. Нажмите Открыть. Нажмите клавишу Да.

Выберите параметр Удельная теплоемкость из Название русск. Выберите Импорт. Из появившегося списка выберите нужный текстовый файл, ранее созданный в блокноте. Нажмите Открыть. Нажмите клавишу Да. Нажмите клавишу ОК.

Нажмите правую кнопку мыши на Вещество0, выберите пункт Загрузить из базы из контекстного меню. В окне Загрузки вещества из базы выберите сталь 20. Нажмите клавишу ОК.

Рис. 4.3.13. Распределение температуры по толщине платины в конце нагрева

По результатам расчета видно, что при условиях нестационарного режима нагрева с учетом зависимости теплофизических свойств от температуры температура теплового центра пластины равна 925,929К.

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

Это многофункциональный программный комплекс конечно-элементных расчетов. Включает в себя модули расчетов прочности и динамики, температурных полей, гидрогазодинамики, электростатики/электромагнетизма, оптимизации, вероятностных расчетов, высоконелинейных расчетов и т.д. Программа построена на отдельных модулях-подпрограммах для решения каждой из задач, объединяет их также отдельная подпрограмма.

ANSYS Fluent – это современный программный комплекс, позволяющий проводить анализ широкого спектра промышленных задач динамики жидкости и газа (многофазных, реагирующих) потоков с учетом теплообмена (кондуктивного, конвективного и радиационного). В этом комплексе реализованы следующие численные методы и типы расчетных сеток:

• Поддержка неструктурированных расчетных сеток различных типов: 2D и осесимметричные - треугольные и четырехугольные. 3D - тетраэдры, гексаэдры, призмы, пирамиды, полиэдральные ячейки.

• Интерфейсы для сопряжения сеток различного типа.

• Адаптивное сгущение расчетных сеток по заданному критерию либо по результатам расчета.

• Решение полных трехмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса.

• Три типа решателя: segregate implicit (отдельно неявный); coupled implicit (неявный); coupled explicit (явный).

• Динамические, подвижные, деформируемые сетки с возможностью перестройки сетки налету.

• Схемы аппроксимации уравнений 1, 2 и 3 порядка.

• Алгебраический многосеточный метод решения линеаризованных уравнений.

• Встроенные возможности задания функций для свойств материалов, граничных условий и др.

• Пользовательское программирование на языке С++.

• Широкие возможности распараллеливания.

• Динамическая балансировка загруженности процессоров.

• Интерфейсы с многими CAD/CAE программами.

Возможности програмного комплекса позволяют работать со следующими моделями:

• физические модели;

• модели турбулентности;

• теплопередача;

• модели горения;

• модель Эйлера;

• модель Лагранжа;

• модели Акустики.