ANSYS經(jīng)典界面對管道氣體的共振頻率分析

2016-10-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)


【問題描述】有一管道尺寸為 0.02 x 0.05 x 1m3如下圖所示。



該管道在坐標(biāo)原點(diǎn)處溫度是2000K,而在長度方向的末端溫度是400k,在長度方向上溫度呈線性分布?,F(xiàn)在要計算該管道內(nèi)氣體的共振頻率。

【求解分析】

1. 這是理想氣體的模態(tài)分析問題。

2. 建模長方體,然后用FLUID220劃分網(wǎng)格。

3. 該理想氣體的溫度隨長度而改變,而溫度會直接影響到該溫度處的氣體密度和聲速,因此需要定義各處溫度,然后ANSYS會自動計算其各處的氣體密度和聲速。

4. 設(shè)置遠(yuǎn)端氣體壓力為零。

5. 在50-2000HZ區(qū)間計算前6階固有頻率。

6. 比較溫度改變和溫度不變情況下氣體的固有頻率。

7. 該例子來自于ANSYS15的聲場分析幫助部分《13.3. Example: Resonant Frequencies in a Pipe with Ideal Gas》。本文對之進(jìn)行了輕微改動。

8. 本文在經(jīng)典界面中使用命令流來做分析。

【求解過程】

1. 建模

1.1 創(chuàng)建單元類型

在命令窗口輸入如下命令

/prep7
et,1,220,,1

上述命令用于定義FLUID220聲單元。

1.2 創(chuàng)建材料模型

在命令窗口輸入如下命令

rho=1.225                       
c=340                         

p0=101325                       
mp,sonc,1,c           
mp,dens,1,rho

上述命令用于定義空氣的密度,聲速,空氣壓力三個參數(shù),然后定義空氣的密度和聲速。

1.3創(chuàng)建幾何模型

在命令窗口輸入如下命令

a=0.02
b=0.05
c=1
block,0,a,0,b,0,c

上述命令用于創(chuàng)建一個長方體。創(chuàng)建結(jié)果如下圖


1.4 劃分網(wǎng)格


在命令窗口輸入如下命令

h=0.01
mshape,0,3d           
esize,h
type,1
mat,1
vmesh,all
alls                   
上述命令用于劃分網(wǎng)格,結(jié)果如下


1.5 設(shè)置變化的溫度,從而得到沿著長度變化的密度和聲速。


在命令窗口輸入如下命令

tref,288.15                  

T=2000 (z=0); T=400 (z=c)
*get,ndmax,NODE,0,COUNT
node=0
*do,i,1,ndmax
node=ndnext(node)
zi=nz(node)
con= (-1600/c)*zi+2000
nsel,s,loc,z,zi
bf,all,temp,con
nsel,all
*enddo
alls
nsel,all

bf,all,chrgd,p0

上述命令分為三個部分

第一句,用于定義參考溫度是288.15k

第二段,用于沿著管道的長度方向定義變化的溫度,最起始端溫度是400度,終端是2000度。

第三段,所有節(jié)點(diǎn)施加空氣靜壓。

當(dāng)進(jìn)行上述定義以后,ANSYS會根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算出在不同位置處的聲速和空氣密度。

1.6 設(shè)置邊界條件

在命令窗口輸入如下命令

nsel,s,loc,z,c
d,all,pres,0
alls
fini

上述命令用于定義遠(yuǎn)端氣壓為零。結(jié)果如下圖


2. 分析


在命令窗口輸入如下命令

/solu
antype,modal
modopt,lanb,6,50,2000           
mxpand,6
solve
fini

上述命令用于進(jìn)行模態(tài)分析,并在50-2000HZ內(nèi)部計算,希望得到6階模態(tài)。

3. 后處理

查看前6階固有頻率


可見,基頻為138.55hz.


其中基頻處的模態(tài)



如果去掉上述線性溫度變化,從而去掉由于溫度變化而導(dǎo)致的聲速和氣體密度的改變,則得到的管道氣體共振頻率如下



比較上述二表可以發(fā)現(xiàn),溫度的改變對于該管道氣體的共振頻率發(fā)生了較大的影響。


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