POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN"

Eugeniusz Piekarski
7 lat temu
Przeglądów:

1 POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN Ćwiczenie nr 12 Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji Przenikanie ciepła Szczecin 2007

2 Opis ćwiczenia Celem ćwiczenia będzie zapoznanie się z modelowaniem zjawisk wymiany ciepła dla stanu ustalonego z wykorzystaniem metody elementów skończonych. W pierwszej kolejności zostanie zamodelowany proces przenikania ciepła przez ścianę o grubości 0.2 m i współczynniku przewodzenia ciepła λ = 1 W/(mK) z ośrodka A o temperaturze t A = 20 C (T A = 293 K) i współczynniku przejmowania ciepła α A = 8 W/(m 2 K) do ośrodka B o temperaturze t B = 10 C (T B = 283 K) i współczynniku przejmowania ciepła α B = 70 W/(m 2 K). Należy (dla stanu ustalonego) obliczyć temperaturę ścianki od strony ośrodka A, temperaturę ścianki od strony ośrodka B oraz strumień przenikającego ciepła q [W/m 2 ] w procesie: a) przejmowania ciepła przez ściankę od powietrza o temp. t = 20 C, b) przewodzenie ciepła przez ściankę, c) przejmowania ciepła przez powietrze o temp. t = 10 C od ścianki. Ośrodek A: T A = 293 K α A = 8 W/(m 2 K) λ = 1 W/(mK) Tś A =? Ośrodek B: T B = 283 K α B = 70 W/(m 2 K) q =? Tś B =? δ = 0.2 m Model ściany budynku

3 PREPROCESSOR 1. Ustawienie typu analizy Main Menu: Preferences> 2. Definiowanie typu elementu Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete wybierz element: Thermal Solid Quad 4node 55 Element ten jest do zadań 2D, czterowęzłowy o jednym stopniu swobody w każdym węźle: temperatura 3. Definiowanie stałych materiałowych Preprocessor>Material Props>Material Models> Material Model Number 1>Thermal>Conductivity> Isotropic KXX: 1 (λ) 4. Tworzenie modelu ściany Należy pamiętać by użyć jednostek długości [m]. Kolejne etapy rysowania i tworzenia siatki pokazano na rysunkach poniżej utwórz powierzchnię o wymiarach wysokość 0.6 grubość 0.2 podziel wszystkie linie tworzące powierzchnię na 5 części (NDIV = 5) utwórz siatkę elementów Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3 or 4 sided>pick All

4 SOLUTION 5. Definiowanie warunków brzegowych W bloku tym będziemy definiować warunki brzegowe, czyli temperaturę ośrodka A, ośrodka B oraz współczynniki przejmowania ciepła α: Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Convection>On Lines wskaż linię, która ma kontakt z temperaturą T = 293 K (lewa strona/linia ściany) VALI: 8 (współczynnik przejmowania ciepła α A = 8 W/(m 2 K)) VAL2I: 293 (temperatura T A = 293 K) podobnie dla linii z prawej strony, która ma kontakt z temperaturą T = 283 K VALI: 70 (współczynnik przejmowania ciepła α = 70 W/(m 2 K)) VAL2I: 283 (temperatura T = 283 K) 6. Rozwiązanie zadania Solution>Solve>Current LS>OK

5 POSTPROCESSOR 7. Obejrzyj wyniki rozwiązania: rozkład temperatury w stanie ustalonym General Postproc>Plot results>countour Plot>Nodal Solu> Nodal Solution> DOF solution>nodal Temperature>OK strumień ciepła General Postproc>Plot results>countour Plot>Nodal Solu> Nodal Solution> Thermal Flux>X-Component of thermal flux>ok

6 8. Utwórz wykres temperatury w funkcji grubości ściany: General Postproc>Path Operations>Define Path>By Nodes wskaż węzeł w lewym dolnym rogu ściany, a później w prawym dolnym rogu ściany>ok Define Path Name: sciana>ok zamknij okno z informacją o współrzędnych węzłów Path Operations>Map onto Path Path Operations>Plot Path Item>On Graph

7 Zadanie nr 2 Przedstawiony zostanie model ściany złożony z 4 warstw o następujących własnościach: 1. Warstwa pierwsza (wewnętrzna) tynk: współczynnik przewodzenia ciepła λ = 0.5 W/(mK) 2. Warstwa druga beton: współczynnik przewodzenia ciepła λ = 2.1 W/(mK) 3. Warstwa trzecia styropian współczynnik przewodzenia ciepła λ = 0.17 W/(mK) 4. Warstwa czwarta aluminium współczynnik przewodzenia ciepła λ = 221 W/(mK) Tynk stanowi warstwę znajdującą się wewnątrz budynku, w którym panuje temperatura t = 20 C (T = 293 K) i współczynniku przejmowania ciepła α = 8 W/(m 2 K). Aluminium znajduje się na zewnątrz budynku, gdzie panuje temperatura t = -10 C (T = 263 K) i współczynniku przejmowania ciepła α = 70 W/(m 2 K) Materiał styropian λ = 0.17 W/(mK) C m =0 kj/(kgk) 2. Materiał beton λ = 2.1 W/(mK) C m =1,13 kj/(kgk) 0.08 na zewn. budynku α = 70 W/(m 2 K) t = -10 C 4. Materiał aluminium λ = 221 W/(mK) C m =0,91 kj/(kgk) 1. Materiał tynk λ = 0.5 W/(mK) C m =0 kj/(kgk) Model ściany budynku (wymiary w m) wnętrze budynku α = 8 W/(m 2 K) t = 20 C 1. Definiowanie stałych materiałowych Preprocessor>Material Props>Material Models> 1. Tynk Material Model Number 1>Thermal> Conductivity> Isotropic (λ) KXX: Beton Material>New Model > Define Material ID: 2 Material Model Number 2>Thermal> Conductivity> Isotropic (λ) KXX: Styropian Material>New Model > Define Material ID: 3 Conductivity> Isotropic (λ) KXX: Aluminium Material>New Model > Define Material ID: 4 Conductivity> Isotropic (λ) KXX: 0.17

aluminium (lewa powierzchnia) NDIV = 1) NDIV=1 NDIV=5 przyporządkuj poszczególnym powierzchniom (warstwom ściany) wartości współczynników przewodzenia ciepła (zawarte w Material numeber):

8 2. Tworzenie modelu ściany Należy pamiętać by użyć jednostek długości [m]. Kolejne etapy rysowania i tworzenia siatki pokazano na rysunkach poniżej utwórz powierzchnie podziel wszystkie linie tworzące powierzchnie na 5 części (NDIV = 5) jedynie linie poziome warstwy aluminium (lewa powierzchnia) NDIV = 1) NDIV=1 NDIV=5 przyporządkuj poszczególnym powierzchniom (warstwom ściany) wartości współczynników przewodzenia ciepła (zawarte w Material numeber): powierzchnia A4 (prawa) tynk: Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Areas (wskaż powierzchnię A4) MAT 1>OK. itd... utwórz siatkę elementów Pozostałe powierzchnie, a tym samym warstwy ściany tak samo, pamiętając by każdej warstwie przyporządkować odpowiedni numer materiału (MAT...) Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3 or 4 sided>pick All połączenie węzłów leżących w tym samym miejscu: Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items>Nodes>OK By sprawdzić prawidłowość wykonania operacji: Utility Menu: PlotCtrls>Numbering>Elem / Attrib numering: Material numbers>ok

przejmowania ciepła α = 8 W/(m 2 K)) VAL2I: 293 (temperatura T = 293 K) podobnie dla linii z lewej strony, która ma kontakt z temperaturą t = -10 C VALI: 70 (współczynnik przejmowania ciepła α

9 SOLUTION 3. Definiowanie warunków brzegowych Solution>Define Loads>Apply>Thermal>Convection>On Lines wskaż linię, która ma kontakt z temperaturą t = 20 C (prawa strona ściany) VALI: 8 (współczynnik przejmowania ciepła α = 8 W/(m 2 K)) VAL2I: 293 (temperatura T = 293 K) podobnie dla linii z lewej strony, która ma kontakt z temperaturą t = -10 C VALI: 70 (współczynnik przejmowania ciepła α = 70 W/(m 2 K)) VAL2I: 263 (temperatura T = 263 K) 4. Rozwiąznie zadania Solution>Solve>Current LS>OK rozkład temperatury w stanie ustalonym General Postproc>Plot results>countour Plot>Nodal Solu> Nodal Solution> DOF solution>nodal Temperature>OK strumień ciepła General Postproc>Plot results>countour Plot>Nodal Solu> Nodal Solution> Thermal Flux>X-Component of thermal flux>ok

10 5. Utwórz wykres temperatury w funkcji grubości ściany: General Postproc>Path Operations>Define Path>By Nodes wskaż węzeł w lewym dolnym rogu ściany, a później w prawym dolnym rogu ściany>ok Define Path Name: sciana>ok zamknij okno z informacją o współrzędnych węzłów Path Operations>Map onto Path Path Operations>Plot Path Item>On Graph 6. Wyjście z programu ANSYS Utility Menu: File>Exit>Save Everything>OK

Podobne dokumenty

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN Ćwiczenie nr 7 Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji Analiza statyczna obciążonego kątownika