5.3.1. Тепловые граничные условия

Температура (TEMP)

• Температуры задаются, как “ограничение” модели в тех точках, где значения температуры известны (обычно на границах модели).

• Чтобы задать температуры на твердотельной модели (в ключевых точках), используется команда DK:

DK, KPOI, Lab, VALUE,. . .

KPOI - номер ключевой точки (может принимать значения PICK, ALL) ;

Lab - метка степени свободы; для теплового расчета

задается TEMP;

VALUE - задаваемое значение температуры.

Поле KEXPND команды DK (не показанное выше) позволяет присвоить, “расширить”, значения температур, которые заданы в ключевых точках, узлам объектов твердотельной модели, связанным с этими ключевыми точками. Для получения подробной информации см. описание команды DK в Руководстве Commands.

• Команда TUNIF используется, чтобы назначить одинаковую температуру во всех тех узлах, в которых не заданы температуры. Это будет только начальная температура, а не постоянное ограничение значения температуры:

TUNIF, TEMP

• Назначение температур командой TUNIF используется в следующих случаях:

1. задание начальной температуры для всех узлов на первом шаге решения стационарного или переходного анализа;

2. наличие материала с зависимыми от температуры свойствами, если анализ нелинеен.

В отличие от семейства D-команд, которые используются для задания “окончательных” температур модели, командой TUNIF назначаются начальные температуры во всех узлах. В этом случае температура предписывается всем тем узлам, для которых не задано “ограничение” по температуре. Это используется только в первом шаге решения первого шага нагружения.

Для задания постоянной для всей модели температуры можно использовать команду BFUNIF.

Плотность теплового потока (HEAT)

• Плотность теплового потока представляет собой узловые “усилия” в виде теплового потока, протекающего через узел за единицу времени.

• Положительный тепловой поток означает поток тепла, втекающий в узел.

• Чтобы задать тепловой поток для твердотельной модели (в ключевых точках), используется команда FK:

FK, KPOI, Lab, VALUE,...

KPOI - номер ключевой точки (может принимать значения PICK, ALL);

Lab - метка “усилия”; для теплового расчета

задается TEMP;

VALUE - задаваемая величина.

Плотность теплового потока используются главным образом для одномерных конечно-элементных моделей (теплопроводящие стержни, конвекционные связи и т.д.), где нельзя задать конвекцию и тепловой поток.

Нагрузки, задаваемые F-командами для моделей с осесимметричными или гармоническими элементами, предполагаются распределенными на длине окружности.

Если в узле задана и температура, и мощность теплового потока, приоритет имеет температурное условие.

Конвективный поток (CONV)

• Конвективный поток представляет собой “поверхностную нагрузку”, которая соответствует теплоте, отдаваемой окружающей среде.

• Должны быть заданы коэффициент теплоотдачи и среднеобъемная температура среды.

• Коэффициент теплоотдачи может быть определен как температурно-зависимое свойство материала.

Тепловой поток (HFLUX)

• Тепловой поток - “поверхностная нагрузка”, которая представляет теплопередачу через поверхность (поток тепла через единицу поверхности).

• Положительный тепловой поток соответствует притоку тепла в элемент.

Нагрузки конвекции и плотности теплового потока доступны только для твердотельных и оболочечных элементов.

Если к поверхности элемента одновременно приложены нагрузки и CONV, и HEAT, то используется нагрузка, заданная последней.

• Конвекция и плотность теплового потока задаются как поверхностные нагрузки с помощью SF-команд.

• Для температурно-зависимого коэффициента теплоотдачи конвекцией:

1. задается коэффициент теплоотдачи HF как функция температуры с помощью команды MPDATA (или MP);

2. вместо значения коэффициента теплопередачи в SF-команде используется -N, где N представляет собой номер материала в команде MPDATA.

• Применение команды SFL (нагрузка по линии) рассмотрено в Главе 3.

• Команда SFE используется для приложения нагрузок непосредственно к элементам.

Обратите внимание: альтернативный способ приложения конвективной нагрузки состоит в использовании элемента LINK34. Конвекцию или плотность теплового потока можно также задать с помощью элементов SURF19 и SURF22.

Команда SFE для приложения конвективных тепловых нагрузок к поверхности конечных элементов:

SFE, ELEM, LKEY, Lab, KVAL, VAL1,. . .

ELEM - номер элемента (может принимать значения

PICK, ALL);

LKEY - ключ нагрузки для указания поверхности эле мента (1 - JI, 2 - KJ и т.д.);

Lab - метка нагрузки (CONV или HFLUX);

KVAL - ключ задаваемой величины (только для Lab=CONV):

0 - коэффициент теплоотдачи, зависящий от температуры,

1 - коэффициент теплоотдачи,

2 - температура среды;

VAL1 - значение нагрузки; в зависимости от Lab и KVAL

это может быть плотность теплового потока,

коэффициент теплоотдачи, температура среды

или – N, где N- номер материала MAT.

Команда SFE (и SFA) требует, чтобы была определена поверхность элемента, к которой прикладывается нагрузка. Для указания такой поверхности используется ключ команды нагрузки (LKEY). Значения ключей команды нагрузки для соответствующего элемента могут быть найдены с помощью справочной системы программы (например, HELP, PLANE77, LOAD). Сведения о ключах содержатся в разделе “Поверхностные нагрузки” вводной таблицы для каждого элемента Руководства “Элементы”.

Команда SFE при задании конвективной нагрузки должна вводится дважды: сначала для задания величины коэффициента теплоотдачи, а затем температуру среды. Чтобы указать, чему соответствует вводимое значение, используется поле KVAL. (Команды SFL, SFA и SF при задании конвективного потока вводятся один раз.)

Если температурно-зависимый коэффициент теплопередачи конвекцией определяется как свойство материала, необходимо указать командой SF номер материала, с которым данный коэффициент связан. Осуществляется это вводом величины -N (где N - номер материала) вместо фактического значения коэффициента теплопередачи.

Команда SFE позволяет задать линейно-переменную поверхностную нагрузку вводом дополнительных полей (от VAL2 до VAL4 для второго, третьего и четвертого узлов на поверхности).

Альтернативный способ задать переменную поверхностную нагрузку состоит в использовании команды SFGRAD. Этой командой задается значение градиента, который применяется ко всем ранее определенным (с помощью команд SF, SFE, SFL и SFA) поверхностным нагрузкам.

Мощность источника тепла (HGEN)

• Мощность источника тепла представляет собой “объемную нагрузку” - теплоту, генерируемую внутри элемента (мощность теплового потока на единицу объема).

• Эта нагрузка может быть задана для узла (BFK, BF) или элемента (BFE).

• Узловые нагрузки (BFK, BF) преобразуются программой в нагрузки по элементу.

• Команда BFE определяет нагрузку на конечный элемент:

BFЕ, ELEM, Lab, STLOC, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4

ELEM - номер элемента (может принимать значения

PICK, ALL);

Lab - метка нагрузки (HGEN);

STLOC - номер расположения нагрузки VAL1 (по умолчанию 1);

VAL1 - значения нагрузки; последовательность значений

VAL2 зависит от элементов; значение

VAL3 соответствует номеру STLOC.

VAL4

Для узлов, которые относятся к нескольким элементам, введенная командой BFK или BF мощность источника тепла распределяется поровну между этими элементами. Мощность источника тепла для элемента усредняется по узловым значениям.

Значения нагрузки, определенные командой BFE (от VAL1 до VAL4), соответствуют значениям объемной нагрузки, определенным для элемента данного типа. Например, объемная нагрузка для элемента PLANE55 задается следующим образом:

Номер расположения	1	2	3	4
Объемная нагрузка	HG(I)	HG(J)	HG(K)	HG(L)

По умолчанию HG (J), HG (K) и HG (L) принимают значение HG (I).

Подробнее о вводе объемных нагрузок для конкретного элемента можно узнать с помощью справочной системы программы (например, HELP, PLANE77, LOAD) или обратившись к Руководству “Элементы”.

Для задания одного и того же значения нагрузки HGEN во всех узлах модели используется команда BFUNIF.