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Ansys模拟水结冰的热分析过程 一、问题描述： 对一茶杯水的结冰过程进行分析，水和茶杯的初始温度为0℃，环境温度为-10℃，杯子侧面和顶面的对流换热系数为12.5W/m^2·℃，杯子放在桌面上，假设桌面可以对杯子底面提供-10℃的温度载荷。计算3000s之后的温度分布。 模型如下： 茶杯底面外径54.41mm，内径50mm，高度85mm，顶面内径60mm，抽壳厚度为5mm（内部水的高度80mm）。 分析采用SI单位制，水的材料属性如下： 导热率：0.6 密度：1000 比热容：4200 焓值： 温度℃ -10 -1 0 10 焓J/m^3 0 37.8e6 79.8e6 121.8e6 茶杯采用铁的材料属性： 导热率：70 密度：7833 比热容：448 二、问题分析： 本例采用70热单元进行分析，由于对称性，采用1/4模型进行建模分析。由于包含相变分析，因此水的焓值是必要的。假设温度0℃的水结成0℃的冰需要放出42000J/kg·℃的热量，通过定义焓值来实现。假设温度区间长度为1℃，因此温度低于-1℃，表示水已结成冰。 本例通过apdl进行分析，方便输入及调试。 三、分析步骤: 1、定义工程名及标题 fini /cle ！清除数据库 /filname.shuijiebing,1 ！此处设置工作名 /title,lovz ！此处设置标题 *afun deg !定义角度为度 进入前处理，定义单元及材料属性 /prep7 ！进入前处理模块 et,1,70 ！定义70单元 mp,kxx,1,0.6 ！设置材料属性 mp,c,1,4200 mp,dens,1,1000 mptemp,1,-10,-1,0,10 mpdata,enth,1,1,0,37.8e6,79.8e6,121.8e6 ！焓值定义 mp,kxx,2,70 mp,dens,2,7833 mp,c,2,448 这里定义1号材料为水，2号材料为茶杯 定义参数 r1=50e-3 r2=60e-3 r3=54.41e-3 r4=65e-3 h1=80e-3 h2=85e-3 建模 wprot,,-90 ！旋转工作平面 /pnum,volu,1 ！打开体积显示 /view,1,1,1,1 ！Iso视角 cone,r1,r2,0,h2,0,90 ！建立水的1/4圆台模型 cone,r3,r4,0,h2,0,90 ！建立茶杯轮廓模型 wpoff,,,h2-h1 ！移动工作平面 vsbw,all ！用工作平面切割体，方便扫掠划分网格 vovlap,all ！对体进行叠分操作 vglue,all ！对体进行粘接操作 numcmp,all ！压缩所有编号 wpcsys,-1,0 ！工作平面回归原点 /replot ！重新显示 对体赋予材料属性 vsel,,,,1,3 ！体积1到3 vatt,2,,1 ！赋予2号材料属性 vsel,,,,4 ！体积4 vatt,1,,1 ！赋予1号材料属性 Allsel ！选择所有 /pnum,mat,1 ！打开材料编号显示 Vplot ！模型显示 模型显示如上，紫色部分为茶杯，材料属性2 分网 esize,2.5e-3 ！单元尺寸2.5e-3 vsweep,all ！扫掠划分 网格划分如上，可见网格密度还是可以接受的。 进行求解设置 /sol ！进入求解模块 toff,273 ！设置温度偏移 antype,4 ！瞬态分析 outres,all,all ！输出设置，选择输出所有 tunif,0 ！设置初始温度 timint,on ！打开时间积分 time,3000 ！设置时间 deltim,30,30,100 ！设置子载荷步时间，下限30s，上限100s autots,on ！打开自动时间步长 kbc,1 ！阶跃载荷 初始温度是必须设置的，也可以先关闭时间积分，对整体施加0℃的温度载荷，进行稳态分析，随后打开时间积分，进行瞬态分析。 施加载荷 用/pnum,area,1 打开面显示，再用APLOT，确定要施加载荷的面的编号。随后施加载荷 asel,,,,16,17 asel,a,,,2 asel,a,,,7 ！选择对流边界的面编号 sfa,all,,conv,12.5,-10 ！施加对流 asel,,,,1 asel,a,,,3 ！选择茶杯底面 nsla,s,1 ！选择底面上的全部节点 d,al