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1、ANSYS-ANSYS-第六章热边界条件第六章热边界条件表格化热边界条件表格化热边界条件(载荷载荷)以前，施加在几何模型和以前，施加在几何模型和/或有限元模型上的载荷都是常数或随温度或有限元模型上的载荷都是常数或随温度变化的数值。当要施加复杂的随时间和空间变化的载荷时，表格化变化的数值。当要施加复杂的随时间和空间变化的载荷时，表格化的热边界条件就更加方便。的热边界条件就更加方便。定义定义-表格化边界条件就是通过表格施加的边界条件，其数值经过表格化边界条件就是通过表格施加的边界条件，其数值经过计算并在求解过程中施加。计算并在求解过程中施加。2表格化边界条件表格化边界条件-基本变量基本变量基本变量
2、基本变量时间时间全局笛卡尔坐标系中坐标全局笛卡尔坐标系中坐标温度温度速度速度,用于用于Fluid116单元，单元，1-D热流热流单元单元相应相应ANSYS标记标记TIMEX,Y,ZTEMPVELOCITY表格由下列基本变量组成表格由下列基本变量组成:3其它表格定义其它表格定义独立变量独立变量直接或间接随基本变量变化并形成表格的变量直接或间接随基本变量变化并形成表格的变量，如，如， hf=f(time)换热系数换热系数(独立变量独立变量)是基本变量时间的函数是基本变量时间的函数hf=f(x,rpm) rpm= g(time) hf和和rpm是独立变量是独立变量4其它表格定义其它表格定义多元表格多
3、元表格表格有多于一个的变量，如表格有多于一个的变量，如hf=f(x,y,time)循环表格循环表格表格要引用其它带有独立变量的表格，如表格要引用其它带有独立变量的表格，如hf=f(x,y,rpm)rpm=g(time)5表格输入的应用表格输入的应用表格化边界条件可以使用于所有表格化边界条件可以使用于所有实体模型实体模型和和/或或有限元模型有限元模型热边界热边界条件条件:使用使用D,DK,DL,DA命令施加的温度命令施加的温度使用使用F,FK命令施加的热流命令施加的热流使用使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加的对流命令施加的对流使用使用SF,SFE,SFL,SFA命令施加的热流量命令施加的热
4、流量使用使用BF,BFE,BFL,BFA,BFV命令施加的内部热生成命令施加的内部热生成使用使用HELP命令查看上述命令相应的命令查看上述命令相应的菜单项。菜单项。6表格化边界条件的重要说明表格化边界条件的重要说明如果表格化边界条件不是时间的函数，他们可以很好的随时间阶跃施加，如果表格化边界条件不是时间的函数，他们可以很好的随时间阶跃施加，而不受而不受KBC命令的约束命令的约束(见第见第4章章)。7基本变量基本变量-边界条件应用边界条件应用热边界条件热边界条件施加温度施加温度热流热流换热系数换热系数介质温度介质温度热流量热流量内部热生成内部热生成均匀热生成均匀热生成基本变量基本变量TIME,X
5、,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMP,VELOCITYTIME,X,Y,ZTIME,X,Y,Z,TEMPTIME,X,Y,Z,TEMPTIME8单元单元-特殊表格支持特殊表格支持Fluid1161-D热流单元热流单元载荷载荷热流是基本变量热流是基本变量TIME的函数的函数压力是基本变量压力是基本变量TIME,X,Y,Z的函数的函数SURF151,152平面效果单元平面效果单元实常数实常数旋转速度和滑动因子旋转速度和滑动因子(主要用于汽轮机应用如转子主要用于汽轮机应用如转子)是基本变是基本变量量TIME,X,Y,Z的函数的函数9定义定义ANSYS表格表格表格可以使
6、用下面的方法定义表格可以使用下面的方法定义:ANSYS命令命令(*DIM)在在GUI,使用使用UtilityMenuParametersArrayParametersDefine/Edit在在GUI,在施加边界条件时，软件允许使用现有的表格或定义新的表格。在施加边界条件时，软件允许使用现有的表格或定义新的表格。用外部编辑器如用外部编辑器如EXCEL生成的文生成的文件。数据必须是件。数据必须是tab-delimited格格式才能用式才能用ANSYS的的*TREAD命令读命令读入。入。10ANSYSAPDL数组复习数组复习ANSYS有两种数组参数有两种数组参数:数组数组类型定义类型定义离散离散的函
7、数的函数表格表格类型使用线性插值方法定义类型使用线性插值方法定义连续连续的函数。的函数。数组可以是一、二、三维的。数组可以是一、二、三维的。两维数组有两维数组有m行行n列列;行用行号行用行号I标志标志,从从1到到m列用列号列用列号J标志，从标志，从1到到n。组成数组的数称为数组元素。每个数组元素用下标组成数组的数称为数组元素。每个数组元素用下标(I,J)标志，标志，I是是行号，行号，J是列号。是列号。11ANSYSAPDL数组复习数组复习对于对于ARRAY类型，所有数都按照下标存储和引用。所有下标为整类型，所有数都按照下标存储和引用。所有下标为整数。一个典型的数。一个典型的5x3数组如下。数组
8、如下。12ANSYSAPDL数组复习数组复习例如，在例如，在ANSYS命令中使用数组元素命令中使用数组元素NSTR(2,4)会将数字会将数字19.1代入，代入，如果数组定义如下如果数组定义如下:13ANSYSAPDL表格复习表格复习TABLE同样由一系列排列为矩阵的数组成，但同样由一系列排列为矩阵的数组成，但TABLE允许使用数允许使用数组元素的中间值，这是通过插值方法实现的。组元素的中间值，这是通过插值方法实现的。而且而且,J=0列列,通常包括行号数字通常包括行号数字(I=1到到m),必须变化为单向增加的必须变化为单向增加的数字系列数字系列(不一定是整数不一定是整数)。同样同样,I=0行行,
9、通常包括列号数字通常包括列号数字(J=1到到n),必须变化为单向增加的必须变化为单向增加的数字系列数字系列(不一定是整数不一定是整数)。缺省情况下，所有标志数字从接近缺省情况下，所有标志数字从接近0的的数字开始。数字开始。141-D表格例子表格例子例如例如,1-D表格表格A可以解释如下可以解释如下:A(1.5)表示表示20.0(12.0和和28.0的中间数值的中间数值)A(2.5)表示表示87.2(28.0和和146.4的中间数值的中间数值)152-D表格例子表格例子2-D表格表格PQ可以解释如下可以解释如下:PQ(1,1.5)表示表示3.5(2.8和和4.2的中间数值的中间数值)PQ(3.5
10、,1.3)表示表示14.88(42.0和和-4.5平均平均,9.7和和2.0平均平均,然后然后乘乘上上30%加到加到42.0和和-4.5的平均值上的平均值上)。16载荷数组的通常习惯载荷数组的通常习惯尽管参数名可以达到尽管参数名可以达到8个字符长，个字符长，表格参数由于应用于命令的域中，只表格参数由于应用于命令的域中，只能限制在能限制在7个字符以下。个字符以下。17例例:使用表格定义使用表格定义A“载荷载荷”在载荷中使用表格允许用户在表格元素之间自动进行线性，双线性在载荷中使用表格允许用户在表格元素之间自动进行线性，双线性和三次插值。考虑下面的载荷和三次插值。考虑下面的载荷(FORCE可以是节
11、点热流可以是节点热流):18使用命令定义使用命令定义APDL表格表格表格表格(FORCE)元素为载荷数值，行标号为时间数值，使用下面的元素为载荷数值，行标号为时间数值，使用下面的ANSYS命令定义命令定义:*DIM,FORCE,TABLE,5,1,1,TIMEFORCE(1,1)=0,560,560,238.5,0FORCE(1,0)=1.E-6,0.8,7.2,8.5,9.3FORCE(0,1)=1.0(不必须不必须)见右图所示。见右图所示。19使用使用GUI表格编辑器定义表格编辑器定义APDL表格表格使用使用GUI,intheUtilityMenuParametersArrayParame
12、tersDefine/EditAdd1220使用外部模板定义使用外部模板定义APDL表格表格(如如,EXCEL)在在EXCEL中定义表格元素，包括中定义表格元素，包括“0”号行号行,“0”号列号列。用户可以用户可以使用空行将数据平面分割开，数据会可读性更强。一个使用空行将数据平面分割开，数据会可读性更强。一个3-D表格的例表格的例子见下，注意子见下，注意y平面变量有两个元素平面变量有两个元素:在在EXCEL中用中用tab-delimited文本格式写出，使用菜单文本格式写出，使用菜单FileSaveAschangeSaveAsTypetotext(tabdelimited)21使用外部模板定义
13、使用外部模板定义APDL表格表格(续续)用户可以给用户可以给EXCEL数据加上题目，而且空白行可以使得数据更加容数据加上题目，而且空白行可以使得数据更加容易识别。易识别。在在ANSYS中中,定义数组使用定义数组使用UtilityMenuParametersArrayParametersDefine/EditAddthisisa3-DTable22使用外部模板定义使用外部模板定义APDL表格表格(续续)要读入要读入EXCEL数据，使用数据，使用UtilityMenuParametersArrayParametersReadfromFileTablearray并将对话框中所需数据并将对话框中所需数
14、据给出。给出。注注-跳过跳过EXCEL数据的前四数据的前四行。行。23在在GUI中检查表格中检查表格数据可以通过数据可以通过UtilityMenuParametersDefine/Edit来检查来检查数据平面数据平面24表格可以用表格可以用UtilityMenuPlotArrays绘制。使用前面的绘制。使用前面的1-D例子，例子，将对话框中填充，生成的图见后面。将对话框中填充，生成的图见后面。绘制绘制APDL表格表格25绘制绘制APDL表格表格(续续)填充完对话框并单击填充完对话框并单击OK,下面的图形出现下面的图形出现,26使用命令操作表格使用命令操作表格表格可以使用标准的表格可以使用标准的
15、ANSYS加载命令施加。加载命令施加。使用表格输入的方式是使用表格输入的方式是在命令的数值域将表格名填进去。在命令的数值域将表格名填进去。不用使用其他表格参数。不用使用其他表格参数。下面有几个例子下面有几个例子:SF,all,HFLUX,%fluxtab%D,all,TEMP,%temptab%SFL,all,CONV,%hftab%,100027通过通过GUI施加操作表格施加操作表格在在GUI,当用户选择加载并单当用户选择加载并单击击APPLY,对话框可以让用户对话框可以让用户指出施加的方式指出施加的方式:常数或常数或现存的表格或现存的表格或新表格新表格28检查通过表格输入的边界条件检查通过
16、表格输入的边界条件当表格边界条件施加到实体模型或有限元模型上后，当表格边界条件施加到实体模型或有限元模型上后，在前处理器中在前处理器中列出边界条件时表格名将出现。列出边界条件时表格名将出现。如果使用如果使用SBCTRAN(SolutionLoadsOperateTransfertoFE)命令将载荷传递到有限元模型上时命令将载荷传递到有限元模型上时,在求解器中可以列出或绘制出结在求解器中可以列出或绘制出结点和单元的表格边界条件数值。点和单元的表格边界条件数值。如果表格边界条件是时间的函数，如果表格边界条件是时间的函数，显示的是显示的是TIME=0的数值的数值.。如果载荷步文件如果载荷步文件(jo
17、bname.SXX)是在传是在传递以后写的，结点和单元的载荷步文件边界条件递以后写的，结点和单元的载荷步文件边界条件(实体模型载荷不存实体模型载荷不存储在储在LS文件中文件中)还是由表格引用，而不是数值。还是由表格引用，而不是数值。29检查通过表格输入的边界条件检查通过表格输入的边界条件(续续)求解结束后，列出或绘制单元和结点的边界条件求解结束后，列出或绘制单元和结点的边界条件(在求解器中在求解器中)会显会显示出时间为最后载荷子步的数值。示出时间为最后载荷子步的数值。在在POST1(通用后处理器通用后处理器)中中,边界条件可以在结点和单元上列出或绘边界条件可以在结点和单元上列出或绘制，时间是存
18、储在数据库中的数值。制，时间是存储在数据库中的数值。30其他选项其他选项-表格输入表格输入在许多情况下，载荷类型可以得到但载荷的表格数值在建模时并不知道。在许多情况下，载荷类型可以得到但载荷的表格数值在建模时并不知道。在这种情况下，用户可能只想确定不同的载荷区域。要做到这一点在这种情况下，用户可能只想确定不同的载荷区域。要做到这一点:使用新表格施加边界条件，表格大小和数值都取缺省数值使用新表格施加边界条件，表格大小和数值都取缺省数值(空白空白)。如果后来知道了边界条件，只要重新定义表格大小和数值即可。如果后来知道了边界条件，只要重新定义表格大小和数值即可。不用重新施加载荷。不用重新施加载荷。3
19、1例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)假设面上的对流换热系数是非线性函数，并只与面的全局假设面上的对流换热系数是非线性函数，并只与面的全局X坐标有关。坐标有关。假设有假设有6个插值点，可以在个插值点，可以在GUI中定义如下表格中定义如下表格:32例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)假设全局笛卡儿坐标从假设全局笛卡儿坐标从1到到6变化，换热系数表格变化，换热系数表格可以定义为可以定义为:33例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)使用使用GUI在线上施加对在线上施加对流，出现下面的对话框。流，出
20、现下面的对话框。选择选择“existingtable”为换热系数，为换热系数，“constantvalue”为介为介质温度质温度(因为没有用表因为没有用表格定义格定义)。输入输入TBULK数值并单数值并单击击OK。34例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)下面的对话框允许用户选择合适的表格下面的对话框允许用户选择合适的表格(在本题中在本题中,只有一个表格只有一个表格,HF,可以选择可以选择)。35例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)要显示对流边界条件，我们打要显示对流边界条件，我们打开右图选项开右图选项UtilityMe
21、nuunderPlotCtlsSymbols36例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)要在绘图时显示表格要在绘图时显示表格名，在名，在UtilityMenu,underPlotCtlsNumbering,打开打开TableNames37例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)画线显示表格化换热系数画线显示表格化换热系数,HF,使用表格名。使用表格名。38例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)在通用后处理器在通用后处理器(POST1)中中,数值可以通过将表格名关闭并将数值打数值可以通过将表格
22、名关闭并将数值打开显示开显示(UtilityMenuPlotCtlsNumbering)TurnoffTurnon39例子：例子：换热系数是长度的函数换热系数是长度的函数HF=f(x)(续续)数值不能在数值不能在几何几何模型显示模型显示;只能在只能在有限元有限元模型显示模型显示:这是单元绘图。这是单元绘图。40时间步长和输出控制时间步长和输出控制表格边界条件允许用户在一个载荷步中定义和求解表格边界条件允许用户在一个载荷步中定义和求解复杂，瞬态热传复杂，瞬态热传递问题。多载荷步同样可以使用表格化边界条件。递问题。多载荷步同样可以使用表格化边界条件。但是，当自动时间步但是，当自动时间步(ATS)打
23、开，求解器可能会跳过时间的关键部分打开，求解器可能会跳过时间的关键部分(如如,载荷突然变化载荷突然变化)。要避免这一点，用户可以定义。要避免这一点，用户可以定义关键时间关键时间(时间时间步中的某一时间将设置为初始的步中的某一时间将设置为初始的NSUB/DELTIM数值数值)。这些设置可。这些设置可以通过以通过ANSYS命令命令TSRES来设置。来设置。结果写入结果文件结果写入结果文件(jobname.rth)的频率可以使用的频率可以使用OUTRES命令控命令控制。制。41关键时间和输出时间关键时间和输出时间RPMTime输出时间输出时间关键时间关键时间42时间步重置时间步重置(TSRES命令命
24、令)在特定时间点重新设置时间步大小为初始数值在特定时间点重新设置时间步大小为初始数值(使用使用NSUB/DELTIM命令设置命令设置)可以参照数组可以参照数组(不是表格不是表格)，使用，使用TSRES命令命令:TSRES,数组名数组名其中的数组必须是其中的数组必须是ANSYS一维数组一维数组Nx1,N为关键时间的数目，数组为关键时间的数目，数组元素就是相应的要重新设置的时间步的时间数值。元素就是相应的要重新设置的时间步的时间数值。数组指定的时间点之间的时间增量必须比数组指定的时间点之间的时间增量必须比NSUB或或DELTIM指定的指定的时间初始数值大。时间初始数值大。43时间步重置时间步重置-
25、使用使用GUI312444结果文件输出控制结果文件输出控制(OUTRES)OUTRES命令允许用户控制计算结果输出到热结果文件命令允许用户控制计算结果输出到热结果文件(jobname.rth)中的频率中的频率。命令格式为。命令格式为,OUTRES,item,FREQ,Cname要使用数组参数要使用数组参数(不是表格不是表格)控制输出频率，在命令的控制输出频率，在命令的FREQ中使用中使用%数组名数组名%，数组名是一维，数组名是一维Nx1数组的名字，数组包括数组的名字，数组包括N个时间数值，个时间数值，结果将在这些时间点写入结果文件。不需要指定别的参数。结果将在这些时间点写入结果文件。不需要指定
26、别的参数。45使用使用GUI控制结果文件控制结果文件314246使用使用GUI控制结果文件控制结果文件(续续)指定使用新数组还是现有的数组。然后出现后面的对话框。指定使用新数组还是现有的数组。然后出现后面的对话框。5647用用TSRES和和OUTRES使用数组的例子使用数组的例子用以重置时间步用以重置时间步(TSRES)和在特定时间输出结果和在特定时间输出结果(OUTRES)的数组的数组如下如下:注注:使用使用TSRES和和OUTRES的数组不要求一致。因为通常输出点需要比重置的数组不要求一致。因为通常输出点需要比重置时间步的时间点更多一些。时间步的时间点更多一些。48结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！49
