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Abaqus在热分析中的应用 (2).pdfVIP

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Abaqus在热分析中的应用(2)--第1页

精心整理

Abaqus在热分析中的应用

1.前言

热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获

得或损失、热梯度、热流密度等。热分析在很多工程应用中扮演重要角色,如内

燃机、涡轮机、换热器、管路系统等。Abaqus热分析类型包括稳态传热和瞬

态传热,传热方式有热传导,热对流,热辐射三种。

2.问题描述

分析电饭煲内的米饭在加热完成后放置6个小时,锅体及米饭的最终温度。

以一套双层锅体双层锅盖的电饭煲的设计为例说明Abaqus/Standard在热分

析中的应用。

3.计算模型

3.1.有限元模型建立

网格划分在Hypermesh中完成,留意网格尺寸,以保证适宜的单元数目保

证计算时间和计算精度。

有限元模型主要包含以下几个局部:内层锅体、外层锅体、锅底、内层锅盖、

外层锅盖、米饭、内外层锅体之间的空气、内外层锅盖之间的空气以及米饭和内

层锅盖之间的空气,见图1。

模型中多个接触区域采纳了共点划分,如:米饭和锅体之间、米饭和空气之

间、空气和锅盖之间,这些地方采纳共点的方式来实现他们之间的热传导,在不

影响计算结果的状况下大大节约了设模型的时间,也使模型简洁化。

图1有限元模型〔剖视图〕

3.2.材料

模型中所用材料参数包含:密度、比热、热传导率和放射率。

3.3.传热方式和加载

传热方式:

热传递是通过热传导、对流和热辐射三种方式来实现。在实际的传热过程中,

这三种方式往往是伴随着进展的。模型中通过多种设置实现这三种热传递方式。

传导—热量从系统的一局部传到另一局部或由一个系统传到另一系统的现象

叫做热传导,热传导是固体中热传递的主要方式。模型中通过两种方式来实现热

传导。

Abaqus在热分析中的应用(2)--第1页

Abaqus在热分析中的应用(2)--第2页

精心整理

1〕共点网格:模型中除了锅盖和锅体之间的接触外其他的的接触部位假设

完全接触,而在接触外表不存在热阻,通过共点来实现模拟。

2〕接触对:锅盖与锅体之间的接触局部通过添加接触对来模拟二者之间的

热传导,假设二者之间存在0.1mm的空气间隙,通过计算得到热阻系数。

热阻系数=空气热传导率/空气间隙

对流—液体或气体中较热局部和较冷局部之间通过循环流淌使温度趋于匀称

的过程,对流是液体和气体中热传递的特有方式,气体的对流现象比液体明显,

对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流往往自然发生,是由于温度不匀

称而引起的,强迫对流是由于外界的影响对流体搅拌而形成的。

1〕外层锅体、锅底以及外层锅盖的四周空气中存在热对流,这种对流通过*

FILM的设置实现。

2〕米饭和内层锅盖之间的空气中存在自然对流。这局部的对流通过增大该

局部空气的热传导系数来模拟〔这局部空气的热传导系数为平凡空气的热传导系

数的7倍〕。

3〕内层锅体和外层锅体之间的空气以及内层锅盖和外层锅盖之间的空气中

也存在自然对流,但是这局部的空气很狭窄,从而对结果的影响不大,所以在模

型忽视了这两处的对流。

辐射—物体因自身

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