案例4 杯子传热分析

1.案例介绍

现实生活中玻璃杯的使用非常常见,玻璃由于结构无序、自由电子少,是一种热的不良导体,装入开水,水的温度随时间增加降低直至室温,杯外侧与空气对流换热,进行瞬态传热分析,分析经过一定时间后水杯的温度分布及热流量情况,有助于玻璃杯传热稳定性的分析。

案例介绍 案例介绍

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MCup

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MCup.med。如下图所示:

步骤一:导入网格

图2.1导入网格

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!!

步骤二:全局设置

图2.2全局设置

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)

步骤三:兴趣点

图2.3兴趣点1

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“玻璃”,设置施加位置“V_ALL"。

步骤六:材料设置 步骤六:材料设置

图2.4材料设置

步骤七:初始条件

初始条件设置“全局”温度为25摄氏度

步骤七:初始条件

图2.5初始条件

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,其中温度的值用表格给出。

步骤八:边界与荷载 步骤八:边界与荷载 步骤八:边界与荷载

图2.6边界与荷载1

再次点击“+”,添加边界“热对流”,施加位置如图

步骤八:边界与荷载

图2.7边界与荷载2

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Multifrontal计算方式.默认设置求解器设置如下图所示:

步骤九:求解器设置

图2.8求解器设置

步骤十:时间步设置

“结束时间”设置为600s,时间步长用表格展示,“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十:时间步设置 步骤十:时间步设置

图2.9时间步设置

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。

步骤十一:物理场设置 步骤十一:物理场设置

图2.10物理场设置

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“极值”。

步骤十一:表面物理量

图2.11极值

3)体积物理量计算

本案例未提取体积计算结果

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“温度”。

步骤十一:兴趣点结果提取

图2.12点1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。操作如下图所示:

步骤十一:计算工程

图2.13计算工程

步骤十二:结果展示

1)物理场

热通量云图

步骤十二:物理场云图

图2.14热通量

温度云图

步骤十二:物理场云图

图2.15温度

2)表面物理量计算

步骤十二:表面物理量

图2.16极值

3)体积物理量计算

4)兴趣点结果提取

步骤十:兴趣点结果提取

图2.17点1温度