一个经典的热分析例题，以及对结果的讨论和质疑

venuswalking

我做了一下图示的热分析例题。这个题目在我们的这个论坛上已经多次讨论。在此声明，以免版权之嫌。

（一）    首先给出问题描述和相应的APDL命令流

某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔

热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。

几何参数：筒外径 30 feet

总壁厚 2 inch

不锈钢层壁厚 0.75 inch

玻纤层壁厚 1 inch

铝层壁厚 0.25 inch

筒长 200 feet

导热系数不锈钢 8.27 BTU/hr.ft.oF

玻纤 0.028 BTU/hr.ft.oF

铝 117.4 BTU/hr.ft.oF

边界条件空气温度 70 oF

海水温度 44.5 oF

空气对流系数 2.5 BTU/hr.ft2.oF

海水对流系数 80 BTU/hr.ft2.oF

沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1 度进行分析，如图示。

/filename,Steady1

/title,Steady-state thermal analysis of submarine

/units,BFT

Ro=15
!外径(ft)

Rss=15-(0.75/12)
!不锈钢层内径ft)

Rins=15-(1.75/12)
!玻璃纤维层内径(ft)

Ral=15-(2/12)
!铝层内径(ft)

Tair=70
!潜水艇内空气温度

Tsea=44.5
!海水温度

Kss=8.27
!不锈钢的导热系数(BTU/hr.ft.oF)

Kins=0.028
!玻璃纤维的导热系数(BTU/hr.ft.oF)

Kal=117.4
!铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF)

Hair=2.5

!空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)

Hsea=80
!海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF)

/prep7

et,1,plane55
!定义二维热单元

mp,kxx,1,Kss
!设定不锈钢的导热系数

mp,kxx,2,Kins
!设定玻璃纤维的导热系数

mp,kxx,3,Kal
!设定铝的导热系数

pcirc,Ro,Rss,-0.5,0.5
!创建几何模型

pcirc,Rss,Rins,-0.5,0.5

pcirc,Rins,Ral,-0.5,0.5

aglue,all

numcmp,area

lesize,1,,,16
!设定划分网格密度

lesize,4,,,4

lesize,14,,,5

lesize,16,,,2

eshape,2
!设定为映射网格划分

mat,1

amesh,1

mat,2

amesh,2

mat,3

amesh,3

/SOLU

SFL,11,CONV,HAIR,,TAIR
!施加空气对流边界

SFL,1,CONV,HSEA,,TSEA
!施加海水对流边界

SOLVE

/POST1

PLNSOL,temp
!输出温度彩色云图

Finish

（二）  结果图示 以及 讨论。

这里主要考察模型内thermal flux 和 thermal gradient的变化。关于这两个物理量的定义，在该文结尾已经给出。

温度的分布只与潜水艇的半径大小有关，而与周向角无关。从这一点看，图中1号云图（thermal flux along x-axis），和3号云图（thermal gradient along x-axis）是合理的。但是，2号云图（thermal flux along y-axis），和4号云图（thermal gradient along y-axis）就明显不合理！按照问题的性质，thermal flux along y-axis 和thermal gradient along y-axis 在整个计算区域内都为零。

附：thermal flux 和 thermal gradient的定义：

Thermal flux是指单位时间内通过单位面积流入物体的热量。

Thermal gradient是指单位厚度上的温度改变。

[ 本帖最后由 venuswalking 于 2008-3-16 17:07 编辑 ]

venuswalking

期待大家加入讨论！ 只要把我的帖子里的代码拷到ANSYS里，就直接可以执行。

iomega

By looking at the profile, one possible explaination is fig.2 and fig.4 are in the allowed error range.
Comparing fig.1 and fig.2,  heat flux magnitudes are order of 7.5 and 0.06. Similiar thing happens for fig.3 and fig.4.
It would be interesting to increase the mesh size and to see the changes.

venuswalking

THanks for Iomega's suggestion. I will change the mesh density, and the following results will be addressed soon