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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 工程监理 > ANSYS流体与热分析第10章热分析典型工程实例
ANSYS流体及热场分析1第10章热分析典型工程实例拉伸特征旋转特征扫掠特征混合特征孔特征壳特征某型号手机电池的散热分析冷库复合隔热板热量流动分析电子元器件散热装置温度分析本本章章要要点点本本章章案案例例第10章热分析典型工程实例210.1工程实例1——某型号手机电池的散热分析该算例为某型手机电池的散热分析,如图10-1为某型号手机背面的照片,图中可见手机的电池的位置。在手机工作时,电池可向外传递热量。使用手机的读者应该都体会过手机电池发热的现象,特别是在长时间接打电话时,这种现象尤为明显。本实例对某型号手机进行分析,电池的标准电压为3.7V,电池容量为750mAh。试求手机开机状态下外壳的温度分布。手机的各部分材料性能参数如表10.1所示。图10-1手机背面照片在计算分析过程中我们将手机看做三个组成部分:塑料外壳、手机内部材料和手机电池。忽略手机内部线路和芯片,可以将手机电池看做唯一热源。简化后的手机模型如图10-2所示,图中单位均为cm。本实例拟采用SolidTet10node87单元进行分析。由于电池功率和环境温度均可视为恒定不变,因此分析类型为稳态。图10-2简化后的手机模型由电池的电压和电流可以算得电池的功率:PUI3.70.752.775W电池的体积为:3V0.040.010.050.00002m电池的发热量:3QP/V138750W/m——附带光盘“Ch10\实例10-1_start”——附带光盘“Ch10\实例10-1_end”——附带光盘“AVI\Ch10\10-1.avi”ANSYS流体及热场分析31、定义分析文件名1、选择UtilityMenuFileChangeJobname,在弹出的单元增添对话框中输入Example10-1,然后点击OK按钮。2、选择MainMenuPreferences,弹出PreferencesforGUIFiltering对话框,点选Thermal复选框,单击OK按钮关闭该对话框。2、建立几何模型1、选择MainMenuPreprocesorModelingCreateVolumesBlockByDimensions,弹出CreateBlockbyDimension对话框。在X1、X2文本框中分别输入0、0.05,在Y1、Y2文本框中分别输入0、0.12,在Z1、Z2中分别输入0、0.025,如图10-3所示。2、单击Apply按钮,在X1、X2文本框中分别输入0.002、0.048,在Y1、Y2文本框中分别输入0.002、0.118,在Z1、Z2中分别输入0.002、0.023,如图10-4所示。3、单击Apply按钮,在X1、X2文本框中分别输入0.005、0.045,在Y1、Y2文本框中分别输入0.04、0.09,在Z1、Z2中分别输入0.005、0.015,如图10-5所示。然后单击OK按钮关闭该对话框。图10-3建立长方体模型对话框1图10-4建立长方体模型对话框2图10-4建立长方体模型对话框34、选择UtilityMenuPlotCtrlsViewSettingViewingDirection,弹出ViewingDirection对话框,如图10-5进行设置,然后点击OK按钮关闭该对话框。(或点击按钮)。5、选择UtilityMenuPlotCtrlsDeviceOptions,弹出DeviceOptions对话框,单击[/DEVI]复选框中的Vectormode(wireframe),使其状态从Off变为On,如图10-6所示然后点击OK按钮关闭该对话框。模型的轮廓线条显示如图10-7所示。第10章热分析典型工程实例4图10-5视图方向对话框图10-6选择显示轮廓线对话框6、选择UtilityMenuPlotCtrlsNumbering,弹出PlotNumberingControls对话框,点选AREA和VOLU选项,使其状态从Off变为On,如图10-8所示,单击OK按钮关闭该对话框。显示几何体和表面的编号。图10-7模型轮廓线10-8选择显示轮廓线对话框图10-9重叠体剪切菜单7、选择MainMenuPreprocesorModelingOperateBooleansOverlapVolumes,弹出如图10-9所示的OverlapVolumes菜单,在文本框中输入1,2,然后单击OK按钮关闭该对话框。8、选择MainMenuPreprocesorNumberingCtrlsCompressNumbers,弹出CompressNumbers对话框,在Label下拉列表框中选择Areas,点击Apply按钮,然后选择Volumes,点击OK按钮关闭该对话框。9、选择MainMenuPreprocesorModelingOperateBooleansOverlapVolumes,弹出OverlapVolumes菜单,在文本框中输入1,2,然后单击OK按钮关闭该对话框。10、选择MainMenuPreprocesorNumberingCtrlsCompressNumbers,弹出CompressNumbers对话框,在Label下拉列表框中选择Areas,点击Apply按钮,然后选择Volumes,点击OK按钮关闭该对话框。11、选择UtilityMenuPlotSpecifiedEntitiesVolumes,弹出PlotSpecifiedVolumes对话框,在NV1文本框中输入1,单击Apply按钮,显示窗口中仅显示几何体1如图10-10所示;在NV1文本框中输入2,单击Apply按钮,显示窗口中仅显示几何体2如图10-11所示;在NV1文本框中输入3,单击OK按钮,显示窗口中仅显示几何体3如图10-12所示。从图中可以看出,几何体1ANSYS流体及热场分析5为手机电池模型,其外表面的编号为13~18;几何体2为手机外壳模型,其外表面的编号为1~6;几何体3为手机内部材料模型,其外表面的编号为7~12。图10-10手机电池模型图10-11手机外壳模型图10-12手机内部结构模型3、定义材料属性1、选择MainMenuPreprocesorMaterialPropsMaterialModels,弹出DefineMaterialModelBehavior对话框。2、在MaterialModelsAvailable列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项,弹出ConductivityforMaterialNumber1对话框,在文本框中输入锂电池的导热系数84.8,单击OK按钮关闭该对话框。3、在DefineMaterialModelBehavior对话框中选择MaterialNewModel,弹出DefineMaterialID对话框,在文本框中输入材料参数号2,单击OK按钮关闭该对话框。4、在MaterialModelsAvailable列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项,弹出ConductivityforMaterialNumber1对话框,在文本框中输入塑料外壳的导热系数0.18,单击OK按钮关闭该对话框。5、在DefineMaterialModelBehavior对话框中选择MaterialNewModel,弹出DefineMaterialID对话框,在文本框中输入材料参数号3,单击OK按钮关闭该对话框。6、在MaterialModelsAvailable列表框中依次双击Thermal、Conductivity、Isotropic选项,弹出ConductivityforMaterialNumber1对话框,在文本框中输入内部材料的导热系数10,单击OK按钮关闭该对话框。7、最后关闭DefineMaterialModelBehavior对话框。4、定义单元类型1、选择MainMenuPreprocesorElementTypeAdd/Edit/Delete,弹出ElementType对话框。单击Add按钮,弹出如图10-13所示的LibraryofElementTypes对话框,在LibraryofElementTypes选项栏中分别选择ThermalSolid、Tet10node87选项,然后单击OK关闭该对话框。2、单击ElementType对话框上的Close按钮关闭该对话框。第10章热分析典型工程实例6图10-13定义单元类型对话框5、划分网格1、选择MainMenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSizeGlobalSize,弹出GlobalElementSizes对话框,在SIZE文本框中输入0.002,单击OK按钮关闭该对话框。图10-14定义网格尺寸对话框2、选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshAttributesDefaultAttribs,弹出MeshingAttributes对话框,在[MAT]下拉列表框中选择1,其余选项采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。3、选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshVolumesFree,弹出MeshVolumes菜单,在文本框中输入1,然后点击OK按钮开始划分锂电池模型的网格。4、选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshAttributesDefaultAttribs,弹出MeshingAttributes对话框,在[MAT]下拉列表框中选择2,其余选项采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。5、选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshVolumesFree,弹出MeshVolumes菜单,在文本框中输入2,然后点击OK按钮开始划分手机外壳模型的网格。6、选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshAttributesDefaultAttribs,弹出MeshingAttributes对话框,在[MAT]下拉列表框中选择3,其余选项采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。7、选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshVolumesFree,弹出MeshVolumes菜单,在文本框中输入3,然后点击OK按钮开始划分手机内部材料模型的网格。6、施加边界条件1、选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalConvectionOnAreas,弹出ApplyCONVonAreas菜单,在文本框中输入1,2,3,4,5,6,如图10-15所示,单击OK按钮关闭该菜单。弹出ApplyCONVonAreas对话框,在VALI文本框中输入50,在VAL2I文本框中输入20,如图10-16所示,然后单击OK按钮完成设置。2、选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyThermalHeatGeneratOnVolumes,弹出如图10-17所示的ApplyHGENonVLs菜单,在文本框中输入1,然后点击OK按钮关闭该对话框。ANSYS流体及热场分析7弹出ApplyHGENonvolume对话框,在VALUE文本框中输入138750,如图10-18所示,然后单击OK按钮关闭该对话框。图10-15定义对流换热面菜单图10-16定义对流换热面对话框图10-17定义生热体菜单图10-18定义生热体对话框7、定义求解类型选择MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysis,弹出NewAnalysis对话框,选择分析类型为Steady-state,单击OK按钮关闭该对话框。8、求解1、选择UtilityMenuSelec
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