案例10 汽轮机外壳传热分析

1.案例介绍

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。
汽轮机经常在高温环境下工作，这导致其外壳内表面一直处于高温状态，外表面处于环境温度下。而高温环境会对金属材料的物化性能产生较大的影响。因此，对汽轮机外壳做传热分析是汽轮机设计中的一项重要环节。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mturbine

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mturbine.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中“铁”。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为25摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“温度”边界，施加位置在面face_INT，值用表格形式给出。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置在面face_EXT。

再次点击“+”，添加边界“热通量”，施加位置如图，热通量的值用表格形式给出。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”设置为300s，“时间步长”为10s，“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

3）体积物理量计算

本案例不计算体积物理量

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

没有计算体积物理量

4）兴趣点结果提取