案例4 - 三通管道热固耦合分析

1.案例介绍

三通管道是一种常见的管道连接构件，也称为三通接头或三通管接头，它的主要功能是实现管道系统中的分流、合流和流体转向。三通管道在各种工业领域中广泛应用，包括油气输送、化工工艺、供水系统、暖通空调系统等。它们通常由金属或塑料制成，具有耐腐蚀、耐高压和耐高温的特性，以适应不同的工作环境和流体介质。
对三通管道进行热力耦合分析可以帮助工程师预测温度分布、评估热应力及形变，并指导设计和改进措施，保证管道在实际运行中的可靠性和安全性。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何导入几何，自动生成网格
  • 学习如何导入模型网格
  • 学习如何设置模型与材料相关选项
  • 学习如何求解计算
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

步骤一：导入网格

进入热力学分析模块，点击“热力学分析”下的“网格”，在类型处选择“上传网格”，点击下面的上传网格将目标网格上传至CAE平台，本案例网格名为MTee。如下图所示：

步骤二：设置时变特性

点击“热力学分析”，设置“时变特性”为瞬态，“惯性效应”为静态，关闭“非线性效应”开关。

步骤三：接触设置

本案例无接触设置

步骤四：单元设置

“单元设置”处选择“自动”，其余采用默认设置。设置如下图所示：

步骤五：全局模型设置

全局模型设置即设置模型的加速度载荷，设置如下图所示：

步骤六：材料设置

材料是有限元计算中必须设置的内容，软件可以通过材料的相关设置组装出模型的质量、刚度等矩阵。本案例点击材料后的“+”，定义材料属性为“钢”，施加位置为体V_ALL。设置如下图所示：

步骤七：初始条件设置

点击“初始条件”前的“+”，设置全局温度为20度

步骤八：边界条件和荷载

1）点击“边界条件与载荷”后的“+”，添加边界条件“固定支撑”，施加位置在面“BC_face”。设置如下图所示：

2）添加边界“热对流”，设置“环境温度”为20，热传导系数5，施加位置在面“Ext_face”。

3）继续添加边界条件“温度”，温度以表格形式给出。并在高级设置处设置左右边界为“线性延拓”，插值方法为“线性插值”。

步骤九：求解器设置

求解器采用默认设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

设置“结束时间”为600s，时间步长设为60s，结果写入时间步设置为“自定义”，“写入时间步长”设为40s。

步骤十一：结果设置&计算

点击结果配置前的“+”，会弹出物理量，打开物理量后的“+”会弹出一部分默认输出的物理量，其余的物理量可以通过点击“物理场”后的“+”。这里需要配置的物理量如图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。

步骤十二：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：