相变分析PPT格式课件下载.ppt
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例如,冰在0C准备溶解。
热量输入冰中,冰转化为水。
冰完全转化为水时,温度还是0C。
当温度不变时,热量到哪里去了?
热量在物质粒子状态改变过程中被吸收了。
在物质相变种需要的热量称为溶化的潜热。
热焓热焓相变分析必须考虑材料的潜在热量。
热焓材料特性(ENTH)用来计入潜在热量。
热焓由密度和比热得出,在相变分析中应作为材料特性输入。
模型中其它材料应输入密度和比热数值。
只要定义材料的比热和密度或热焓;
而非全部。
热焓数值随温度变化。
因此,热分析是非线性的。
热焓热焓(续续)在相变分析中,热焓数值必须作为材料特性输入。
经典(热动力学)热焓数值单位是能量单位,为kJ或BTU。
单位热焓单位为能量/质量,为kJ/kg或BTU/lbm。
ANSYS热焓材料特性单位为能量/体积,为KJ/m3或orBTU/ft3.如果热量/体积热焓数值在某些材料中不能使用时,它可以用密度、比热和物质潜在热量得出。
相变相变在相变分析中,固体和液体并存的情况下,温度会有很小的变动。
物质完全呈现液态的温度(液体温度)为Tl。
物质完全呈现固态的温度(固体温度)为Ts.通过这样两个温度,潜在热量效果包括进有限单元生成过程中。
潜热和比热的关系潜热和比热的关系潜热TlTsH“模糊区”Ts=固体温度Tl=液体温度注:
本图中,Tl-Ts很小。
对于纯材料,Tl-Ts应该为0。
相变时热焓变化相对温度变化而言十分迅速。
T控制方程控制方程不随相变改变不随相变改变此处计入相变此处计入相变系统产生相变时,其控制方程如下系统产生相变时,其控制方程如下:
相变分析的求解相变分析的求解进行相变分析时,使用:
打开时间积分的瞬态分析。
时间步初始数值较小,时间步也很小。
自动时间步。
低阶单元类型(PLANE55或SOLID70)。
如果选择的高阶单元,打开对角比热矩阵选项。
相变分析的求解相变分析的求解(续续)在求解相变问题时,可以使用以下方法改进收敛性:
1.反向欧拉时间积分(反向微分)。
瞬态积分参数(theta)为1.0。
这在求解控制打开时是缺省设置。
2.线性搜索工具,因为相变是高度非线性问题。
后处理后处理相变分析的结果可能包括:
温度vs.时间(时序图)。
完全相变所需时间(溶化或凝固时间)。
物质在任何时间间隔溶化/凝固的预测(通过温度云图)。
这些结果对评估相变过程中的设计参数很有用(如,在铸造过程中的溶化材料或壁厚)。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析问题描述:
对铝制飞轮的铸造过程作相变分析。
飞轮是将溶解的铝注入沙模中制造的。
分析目的:
研究飞轮凝过程。
为了说明上述的概念和理论,我们研究一些飞轮铸造的凝固过程:
ANSYS命令流文件在附录命令流文件在附录B中。
中。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析飞轮铸造例题-指南部件在圆柱省沙模(高20厘米,半径25厘米)中间。
铝在750C时注入沙模。
沙模初始温度为25C。
模型顶面和侧面与沙模通过自由对流交换热量。
环境温度为30C,侧面换热系数为7.5W/m2-C,顶面换热系数为5.75W/m2-C。
铸造模型为轴对称。
沙的热材料特性假设为均匀,铝随时间变化。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析飞轮几何尺寸:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析沙模几何尺寸:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析飞轮模型例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析沙模模型:
二维轴对称模型例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析沙模特性(常数):
热传导系数:
0.346W/m-C密度:
1520kg/m3比热:
816J/kg-C铝的热传导系数:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析材料特性图:
KXXvs.时间材料2例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析铝的热焓数据没有直接给出,但我们有如下数据可以计算热焓:
定义热焓材料特性:
选择Ts=695C和Tl=697C(在液体和固体两相间给出2C过渡区域)。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析在固体温度以下:
在固体温度时:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析对于相变区域:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析在固体和液体温度之间:
在液体温度时:
超过液体温度时:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析T1HHsHlCsClC*HsTsTlT2TT潜在热量(曲线下的区域)例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析使用这些关系生成热焓数值,结果为:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析绘制材料2(铝)的热焓曲线:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析本模型使用一种单元类型:
PLANE55,轴对称。
两种材料:
铝(带有相变)和沙(均匀材料特性).使用静态分析确定初始温度:
沙模为25C铝750C(同样可以使用IC命令得到)沙模外侧面和顶面有对流。
在底面和中心线无边界条件(绝热)。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析瞬态载荷步在删除初始温度后开始。
打开时间积分。
使用反向欧拉时间积分。
打开线性搜索工具。
终止时间为2400秒(40分)。
初始时间步为0.01秒。
最小和最大时间步分别设为0.0001和100秒。
打开自动时间步长。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析使用时间历程后处理器查看时间步。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析使用时间历程后处理器绘制铝在几个点的温度(T1,T2,T3andT4):
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析使用时间历程后处理器绘制沙模在几个点的温度:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析通用后处理器可以用来观察材料凝固前的情况。
操作如下:
设置两个范围值,一个时固体温度(695C),一个超过最高温度(900C)。
在节点温度图上,凝固的材料接近蓝色。
红色代表液体或正在相变的材料。
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析在时间=656秒时,显示只有最细部分的材料凝固了:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析在时间=856秒时,显示大部分材料已经凝固:
例题例题-飞轮铸造分析飞轮铸造分析在时间=956秒时,显示几乎所有材料已经凝固。
象推测的一样,中心材料凝固最慢:
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