搜索ABAQUS聯(lián)合仿真分析案例——流體與熱傳導耦合分析【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-04-20 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
本文主要通過CFD與熱傳導耦合的例子介紹Abaqus聯(lián)合仿真(Co-simulation)的操作流程。
一、案例問題描述
水流持續(xù)流入一段50m長的金屬管,,入口進行100℃的加溫,入口速度為20m/s,水與金屬管的初始溫度均為23攝氏度,查看流體與管壁的溫度變化。
二、案例分析
案例涉及到流體水、固體金屬管,分析目標為二者的溫度變化,我們會想到CFD、熱傳導、耦合分析和Abaqus的聯(lián)合仿真,展示案例忽略重力作用。
三、聯(lián)合仿真流程簡介
聯(lián)合仿真流程如下圖所示,基本可概括為分別建立相互耦合的獨立模型(例如Standard&Exolicit Model 和CFD Model,建立過程跟非耦合分析一樣),然后創(chuàng)建聯(lián)合執(zhí)行任務,設定耦合區(qū)域,然后提交運算即可。值得注意的是,在兩種模型創(chuàng)建部件時或者建立裝配體過程中要依靠尺寸和坐標位置達到兩種模型部件的裝配效果。
三、具體操作流程
1)創(chuàng)建金屬管的熱傳導仿真分析模型。
點擊Abaqus CAE的桌面圖標,在start session對話框選擇 With Standard/Explicit Model,將文件名改為“heat-transfer”。
創(chuàng)建金屬管部件,內(nèi)徑4.8m、外徑5m、長度50m,如下如
設定材料屬性,本文選擇Q345鋼材質(zhì),密度7850kg/m3、熱傳導系數(shù)44W/(m·K)、比熱容460J(kg·K)。
創(chuàng)建此分析模型裝配體,如下圖
劃分網(wǎng)格,選擇六面體單元DC3D8、Medial axis方法進行網(wǎng)格劃分
創(chuàng)建熱傳導分析步,保持默認設置,結果如下圖。
創(chuàng)界邊界條件,切換到Load模塊下,熱傳導分析沒有邊界及載荷的設定,只對金屬管進行初始溫度23℃的設定。
2)創(chuàng)建CFD仿真分析模型。
在模型樹下,雙擊Models,彈出的編輯模型參數(shù)對話框,輸入模型名稱,選擇CFD模型類型,點擊OK。
創(chuàng)建流體部件,直徑4.8m、長度50m,其實中心坐標與金屬管部件一致。如下如
設定材料屬性,本文選擇水材質(zhì),密度1000kg/m3、熱傳導系數(shù)0.6W/(m·K)、比熱容4200J(kg·K)、粘度0.1Pa·s。
創(chuàng)建分析模型裝配體
劃分網(wǎng)格,一般為了提高耦合區(qū)域分析精度,查看耦合界面結果我們對流體邊界面進行網(wǎng)格細化,因abaqus自動生產(chǎn)流體面邊界網(wǎng)格不支持六面體單元,我們是用分割工具對流體部件進行實體分割,(具體方法可參照之前文章《ABAQUS基本模塊介紹(1)——Mesh Module》),選擇六面體單元FC3D8、Medial axis方法進行網(wǎng)格劃分,結果如下
創(chuàng)建流動分析步,能量方程點選Temperature,保持默認設置點擊OK,結果如下圖。
創(chuàng)界邊界條件,切換到Load模塊下,設定邊界條件:入口速度20m/s、溫度100℃,出口壓力0。
進行預定義場設定,湍流運動粘性系數(shù)、流體熱能,具體如下
3)創(chuàng)建聯(lián)合執(zhí)行任務。
切換到Job Module,點擊
在模型樹下,可找到建立的聯(lián)合執(zhí)行任務,如下所示
4)提交任務,進行分析,并監(jiān)測分析過程。
點擊
在模型樹下右鍵點擊聯(lián)合仿真的一個任務,點擊Monitor,彈出任務分析監(jiān)測對話框,可查看任務分析過程的信息。
5)結果后處理
分析完成后,點擊Result,跳入Visualization模塊,可選擇溫度N11,Co-execution-1-heat-transfer.odb,選擇剖視圖查看溫度云圖。
切換Co-execution-1-CFD-tem.odb,查看流體溫度變化
動畫如下:
流體部分
金屬管部分
本文重在介紹Abaqus聯(lián)合仿真(Co-simulation)的操作流程,建模精度不在考慮范圍內(nèi),湍流部分設定只作為查看考,如何建立準確的湍流模型,需要讀者結合上篇《ABAQUS/CFD基簡單知識與案例》及其專業(yè)知識進行更深入的學習和研究。
文章如有不妥之處,歡迎交流討論。
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